FR3132351A1

FR3132351A1 - Éprouvette de caractérisation de la propagation d’une fissure dans une interface entre deux substrats et procédé de détermination du taux de restitution d’énergie critique de l’interface

Info

Publication number: FR3132351A1
Application number: FR2200755A
Authority: FR
Inventors: Noëlig DAGORN
Original assignee: Safran SA
Current assignee: Safran SA
Priority date: 2022-01-28
Filing date: 2022-01-28
Publication date: 2023-08-04

Abstract

Éprouvette d e caractérisation de la propagation d’une fissure dans une interface entre deux substrats et procédé de détermination du taux de restitution d’énergie critique de l’interface L’invention concerne une éprouvette (100) de caractérisation de la propagation d’une fissure dans une interface entre deux substrats (110, 120, 160, 170) représentatifs des matériaux d’une pièce aéronautique, l’éprouvette (100) comprenant : une section de forme évasée, comportant deux jambes latérales (101, 102) symétriques par rapport à un axe transversal (AA) passant par une pointe de la section évasée, etune pré-fissure intégrée dans une interface entre les deux substrats dont l’un au moins est en matériau composite. L’invention concerne un procédé (200) de détermination d’un taux de restitution d’énergie critique d’une fissure dans une interface entre deux substrats (110, 120, 160, 170) représentatifs des matériaux d’une pièce aéronautique, dans lequel une force de traction est appliquée à une extrémité de l‘éprouvette et des mesures (240) de la traction et de la fissure sont réalisées pour en déduire (250) le taux de restitution d’énergie critique de la fissure. Figure à publier avec l’abrégé : Figure 4

Description

Éprouvette de caractérisation de la propagation d’une fissure dans une interface entre deux substrats et procédé de détermination du taux de restitution d’énergie critique de l’interface

DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION

La présente invention concerne une éprouvette pour caractériser la propagation d’une fissure dans une interface entre deux substrats représentatifs des matériaux d’une pièce aéronautique. Elle concerne également un procédé pour déterminer le taux de restitution d’énergie critique de cette interface.

L’invention trouve des applications dans le domaine de la caractérisation des fissures dans des matériaux et, en particulier, dans le domaine de la caractérisation des fissures dans des pièces en matériaux composites ou hybrides, destinées à l’aéronautique.

ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION

Dans le domaine de l’aéronautique, il est connu d’utiliser des matériaux composites pour réaliser des pièces d’aéronef telles que des aubes ou des carters de turbines. Certaines pièces en matériaux composites (appelées pièces composites) sont réalisées entièrement en matériau composite, par exemple en composite à matrice organique, à base de fibres unidirectionnelles ou de fibres tissées bidirectionnelles (2D) ou tri-directionnelles (3D), généralement stratifiées. D’autres pièces composites sont réalisées en matériaux dits hybrides, c'est-à-dire dans un matériau composite assemblé avec une pièce métallique.

De telles pièces composites sont généralement soumises à des charges et des contraintes dans le plan du matériau composite, ces charges et contraintes pouvant conduire à une rupture du matériau composite ; une rupture peut également se produire hors plan, en raison des fortes contraintes locales dues à une géométrie complexe des pièces. Le délaminage est l’un des modes de rupture les plus fréquents dans les matériaux composites (appelés plus simplement composites), en particulier lorsque les composites sont stratifiés, le délaminage engendrant une rupture de la liaison entre deux couches superposées du matériau composite.

En aéronautique, il existe de forts risques d’impacts sur les pièces composites ; les impacts générés par la collision entre des oiseaux et des pièces à l’avant du moteur, comme les aubes ou le carter, sont effectivement fréquents. La collision d’un oiseau sur une pièce composite engendre généralement une fissure dans la pièce, cette fissure pouvant se propager jusqu’à une rupture de la pièce, par exemple par délaminage du matériau composite. Le délaminage est, en effet, une fissure provoquée par un impact et se propageant à l’intérieur de la structure composite. Pour assurer la sécurité des aéronefs en vol, les constructeurs aéronautiques se doivent de connaitre les évolutions possibles d’un impact par collision d’oiseau sur les pièces de l’aéronef. Les bureaux d’études aéronautiques doivent donc être en mesure de caractériser la propagation des fissures générées par de tels impacts afin de pouvoir garantir, soit que la fissure ne se propagera pas, soit qu’elle ne se propagera pas trop loin et ne générera pas une rupture de la pièce composite.

Il existe actuellement des dispositifs prévus pour caractériser le comportement des matériaux. Par exemple, le montage MMB (pour « Mixed Mode Bending » en termes anglo-saxons), répondant à la norme ASTM D6671 et représenté sur la , comporte un bras de levier permettant de choisir la proportion de cisaillement sur la sollicitation de la fissure. Cependant, non seulement ce montage est complexe, mais en plus il est normalisé uniquement pour les composites unidirectionnels. En effet, le bras de levier de ce montage MMB ne permet pas de réaliser des sollicitations dynamiques représentatives de la problématique choc à l’oiseau. De plus, la norme ne permet que de mesurer un taux de restitution d’énergie à l’initiation de la propagation et la courte zone de propagation ne permet pas d’étudier la propagation de fissure en régime permanent. En outre, pour des architectures de composites autres que l’architecture unidirectionnelle, une rupture en compression dans les bras peut survenir avant la propagation de la fissure et donc empêcher la mesure du taux de restitution d’énergie critique (Gc). Un tel montage MMB est donc fortement limité à certains types de matériaux.

Il existe également un dispositif, appelé montage ARCAN, développé initialement pour caractériser le comportement des métaux sous chargement multiaxial. Un tel montage ARCAN, représenté sur la , a été adapté par la suite pour les assemblages métalliques collés ainsi que les composites. Cependant, les sollicitations doivent être dans le plan des plis unidirectionnels afin de pouvoir fixer l’éprouvette sur les mors du montage ARCAN, avec un serrage à l’aide de vis. De plus, afin de pouvoir solliciter l’interface hors plan, les éprouvettes utilisées doivent être très épaisses, ce qui n’est pas représentatif des pièces aérodynamiques. En outre, l’usinage de ces éprouvettes peut conduire à des ruptures prématurées desdites éprouvettes. Bien que ce montage ARCAN n’ait pas été prévu initialement pour caractériser la propagation de fissures, des essais ont été réalisés avec un insert en Téflon® créant un pré-défaut. Toutefois, la complexité de ce montage ARCAN limite son utilisation à des sollicitations quasi-statiques, notamment à cause de sa masse élevée et du nombre de liaisons présentes. De plus, la perte de symétrie liée à la présence de la fissure altère la mixité de mode lors de la phase de propagation, qui se propage d’ailleurs de façon instable. Ainsi, comme pour le montage MMB, seule la phase d’initiation de la fissure peut être étudiée, la phase de propagation de la fissure ne pouvant pas être étudiée de façon maitrisée.

Il existe, par ailleurs, un dispositif, appelé montage MMDCB, qui a été développé pour caractériser les assemblages métalliques collés. Un tel montage, décrit dans le document de brevet FR3075382 et dont un exemple de l’éprouvette est représenté sur la , permet de déterminer le taux de restitution d’énergie critique d’une interface collée, et notamment d’un assemblage collé Métal/Métal, sous chargement dynamique multiaxial. Cependant, ce montage MMDCB n’est pas adapté pour déterminer le taux de restitution d’énergie critique d’une interface entre deux matériaux composites ou d’un assemblage métal/composite, soumis à un chargement multiaxial hors plan dans une configuration représentative de l’application choc à l’oiseau.

Il existe donc un réel besoin d’une technique permettant de déterminer le taux de restitution d’énergie critique d’un assemblage composite/composite ou métal/composite représentatif des assemblages de pièces de turbine aéronautiques.

Pour répondre aux problèmes évoqués ci-dessus d’étude de la phase de propagation d’une fissure dans un assemblage composite/composite ou métal/composite, le demandeur propose une éprouvette pour caractériser la propagation d’une fissure dans une interface entre deux substrats, dont l’un au moins est un composite, représentatifs des matériaux d’une pièce aéronautique, et un procédé pour déterminer le taux de restitution d’énergie critique de cette interface.

Selon un premier aspect, l’invention concerne une éprouvette de caractérisation de la propagation d’une fissure dans une interface entre deux substrats représentatifs des matériaux d’une pièce aéronautique, caractérisée en ce que l’éprouvette comprend une section de forme évasée , comportant deux jambes latérales symétriques par rapport à un axe transversal passant par une pointe de la section évasée, l’éprouvette comprenant également une pré-fissure intégrée dans une interface entre les deux substrats dont l’un au moins est en matériau composite.

Par sa symétrie, cette éprouvette a l’avantage d’éviter toute torsion dans les substrats, lors des tests de caractérisation, ce qui permet de générer un front de fissure droit et constant permettant une caractérisation fiable.

Selon un mode de réalisation préféré, l’éprouvette comporte deux substrats métalliques et deux substrats composites, chaque substrat composite étant collé sur un des substrats métalliques et séparé de l’autre substrat composite par une couche intercalaire en résine.

Ce mode de réalisation permet, avec une seule éprouvette, de caractériser une fissure dans une interface composite/composite ou une interface métal/composite.

Outre les caractéristiques qui viennent d’être évoquées dans le paragraphe précédent, l’éprouvette selon un aspect de l’invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :

la section est en forme de V.
la pré-fissure est obtenue par insertion d’un insert en Téflon® dans l’interface entre deux substrats.
la pré-fissure est obtenue par dépôt d’un film non-adhésif dans une zone de l’interface entre deux substrats.
les deux jambes latérales de la section en V forment un angle paramétrable α l’une par rapport à l’autre.
les substrats composites sont formés de deux coupons rectangulaires accolés.
l’éprouvette s’étend longitudinalement et comporte, à l’une de ses extrémités longitudinales, un système de fixation.

Un autre aspect de l’invention concerne un procédé de détermination d’un taux de restitution d’énergie critique d’une fissure dans une interface entre deux substrats représentatifs des matériaux d’une pièce aéronautique, comportant les opérations suivantes :

réaliser une éprouvette telle que définie ci-dessus,
installer l’éprouvette dans une machine de traction,
appliquer une force de traction à une extrémité de l‘éprouvette,
mesurer un déplacement de traction, un effort d’ouverture de l’éprouvette et/ou une longueur de la fissure, et
en déduire le taux de restitution d’énergie critique de la fissure.

Le procédé selon un aspect de l’invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :

il comporte une opération préalable de choix des substrats, de choix d’une épaisseur des substrat composites et/ou de choix d’un angle paramétrable α entre les deux jambes latérales de la section en forme de V.
le taux de restitution d’énergie critique est déduit en utilisant la théorie des poutres, la théorie de la complaisance calculée ou un bilan énergétique.
la force de traction comprend deux efforts en traction, appliqués simultanément aux deux substrats métalliques de l’éprouvette dans deux directions opposées.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURES

D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit, illustrée par les figures dans lesquelles :

La , déjà décrite, représente un exemple de montage de caractérisation de matériaux selon l’état de la technique ;

La , déjà décrite, représente un autre exemple de montage de caractérisation de matériaux selon l’état de la technique ;

La , déjà décrite, représente encore un autre exemple de montage de caractérisation de matériaux selon l’état de la technique ;

La représente une vue schématique en perspective d’un exemple d’éprouvette de caractérisation selon l’invention ; et

La représente, sous la forme d’un diagramme fonctionnel, un exemple de procédé de caractérisation selon l’invention.

DESCRIPTION DETAILLEE

Un exemple de réalisation d’une éprouvette permettant de caractériser la propagation d’une fissure dans une interface entre deux substrats composites ou entre un substrat composite et un substrat métallique et un exemple de procédé utilisant cette éprouvette sont décrits en détail ci-après, en référence aux dessins annexés. Ces exemples illustrent les caractéristiques et avantages de l'invention. Il est toutefois rappelé que l'invention ne se limite pas à ces exemples.

Sur les figures, les éléments identiques sont repérés par des références identiques. Pour des questions de lisibilité des figures, les échelles de taille entre éléments représentés ne sont pas respectées.

Un exemple d’une éprouvette de caractérisation de la propagation d’une fissure dans une interface entre deux substrats composites ou entre un substrat métallique et un substrat composite est représenté sur la . Cette éprouvette 100 a une forme dite « en V », c'est-à-dire que, vue de face, sa section a une forme évasée et symétrique qui présente sensiblement une forme de pointe ayant un angle plus ou moins aigu. La forme dite « en V » de l’éprouvette 100 permet, par sa symétrie, d’éviter toute torsion dans les substrats de l’éprouvette lors des tests de caractérisation et, donc, d’avoir un front de fissure droit et constant permettant une bonne longueur de fissure, nécessaire pour la validité de l’essai.

Avec sa forme en V, l’éprouvette 100 comporte au moins deux jambes latérales 101, 102 s’étendant symétriquement de part et d’autre d’un axe transversal AA passant par la pointe du V. Les deux jambes 101 et 102 de l’éprouvette 100 forment, l’une par rapport à l’autre, un angle α. Cet angle α est un paramètre de l’éprouvette 100 qui peut être modifié en fonction de l’application ciblée, par exemple pour correspondre à l’angle d’attaque des aubes de turbine. L’angle α peut varier de quelques degrés de sorte que la section en V est très pointue à un angle proche de 180° de sorte que la pointe de la section en V est quasi-plate. La paramétrabilité de l’angle α permet de contrôler la mixité de mode en pointe de fissure, ce qui permet d’explorer toute l’enveloppe de rupture, de la traction jusqu’au cisaillement. Pour un angle α considéré, la mixité de mode est fixée et indépendante de la longueur de la fissure.

On emploiera, dans la description, l’expression « en forme de V », étant entendu que la forme dite « en V » comporte non seulement les sections en forme de V, mais également les sections en forme de A, de U et/ou de W.

L’éprouvette 100 s’étend longitudinalement suivant un axe longitudinal BB, perpendiculaire à l’axe transversal AA. La longueur de l’éprouvette peut être de quelques cm à quelques dizaines de cm ; la longueur peut, par exemple, être comprise entre 10cm et 30cm.

L’éprouvette 100 comporte au moins deux substrats, l’un au moins de ces deux substrats étant un composite. Ainsi, dans certains modes de réalisation, l’éprouvette 100 comporte deux substrats composites, par exemple des composites à matrice organique appelés CMO. Dans d’autres modes de réalisation, l’éprouvette 100 comporte un substrat composite, par exemple un CMO, et un substrat métallique sur lequel est collé le substrat composite

Dans des modes de réalisation préférés de l’invention, et comme représenté sur la , l’éprouvette 100 comporte quatre substrats : deux substrats métalliques 110, 120 et deux substrats composites 160, 170. Les substrats métalliques 110, 120 peuvent être, par exemple, en Titane TA6V, Alu2024 ou Acier Raex 450. Les substrats composites peuvent être, par exemple, des CMO à base de résine polymère thermodurcissable et de fibres de carbone, par exemple unidirectionnelles ou à tissage 2D ou 3D.

Dans l’exemple de la , un premier substrat composite 160 est collé sur un premier substrat métallique 110 et un second substrat composite 170 est collé sur un second substrat métallique 120 ; les deux substrat composites 160, 170, qui peuvent avoir des propriétés (fibres, tissage…) identiques ou non, sont assemblés l’un avec l’autre par une couche intercalaire en résine 150. La couche intercalaire en résine 150 est issue de la résine des substrats composites 160, 170, joints lors de l’étape de drapage avant consolidation. Autrement dit, l’éprouvette 100 de la comporte deux substrats composites 160, 170, collés à deux substrats métalliques 110, 120, lesdits substrats métalliques et composites étant symétriques par rapport à l’axe AA, avec une section en forme de V.

Comme l’angle α, l’épaisseur des substrats composites est un paramètre choisi en fonction de l’application ciblée, l’épaisseur étant choisie de sorte à être représentative de la pièce aéronautique dont on veut caractériser la propagation des fissures.

L’éprouvette 100 selon l’invention a l’avantage d’être facile à fabriquer. En effet, d’une part, les substrats métalliques 110, 120 peuvent être usinés avec une forme en V en utilisant des techniques d’usinage classiques et, d’autre part, les substrats composites 160, 170 peuvent être découpés dans des panneaux composites. Les substrats composites 160, 170 peuvent être formés de deux coupons 165, 175 rectangulaires, accolés en formant un angle α l’un par rapport à l’autre. Ces deux coupons 165, 175 sont ensuite collés sur les surfaces inférieures du premier substrat métallique 110 et sur les surfaces supérieures du second substrat métallique 120. Chaque coupon 165, 175 présente :

une épaisseur e, égale à l’épaisseur des deux substrats composites 160, 170 et de la couche intercalaire 150,
une longueur L, égale à la longueur de l’éprouvette 100, et
une largeur l, égale à la moitié de la largeur d’un substrat composite 160 ou 170.

Comme les substrats composites 160, 170 sont collés sur toute leur longueur aux substrats métalliques 110, 120, l’effort auquel est soumis l’éprouvette 100 lors du test de caractérisation est distribué uniformément dans l’interface étudiée. Outre les avantages de simplicité de fabrication et d’uniformité de l’effort, l’éprouvette 100 offre l’avantage supplémentaire d’être relativement peu couteuse, par rapport à une éprouvette classique, car les substrats métalliques 110, 120 sont réutilisables d’un test à l’autre, seuls les substrats en composites 160, 170 devant être changés.

Dans les modes de réalisation décrits précédemment où l’éprouvette 100 comporte deux substrats métalliques et deux substrats en composites, la même éprouvette 100 peut être utilisée pour étudier la caractérisation d’une interface composite/métal ou d’une interface composite/composite. En effet, dans certaines applications, on cherche à caractériser la fissure dans une interface entre deux composites, par exemple pour caractériser un carter de fan entièrement en composites. Pour ces applications, c’est l’interface composite/composite de l’éprouvette 100 qui est utilisée lors des tests. Dans d’autres applications, on cherche à caractériser la fissure dans une interface entre un substrat composite et un substrat métallique, par exemple pour caractériser une aube de fan en composite avec une partie métallique. Pour ces applications, c’est l’interface composite/métal de l’éprouvette 100 qui est utilisée lors des tests.

L’éprouvette 100 selon l’invention comporte une pré-fissure intégrée au sein de l’éprouvette et formant l’empreinte de la fissure. Cette pré-fissure est insérée dans l’interface de l’éprouvette utilisée pour le test, c'est-à-dire l’interface composite/composite ou l’interface composite/métal. Quelle que soit l’interface étudiée, la pré-fissure est insérée au niveau du V de l’interface étudiée, c'est-à-dire à la jonction des deux jambes 101, 102 de l’éprouvette 100, le long de l’axe transversal AA. Dans le cas d’une étude de fissure dans une interface composite/composite, l’emplacement de la pré-fissure (référencé 104) est à l’intersection entre les deux coupons 165, 175, dans la couche intercalaire 150, le long de l’axe transversal AA. Dans le cas d’une étude de fissure dans une interface composite/métal, l’emplacement de la pré-fissure (référencé 103) est à l’intersection entre les deux coupons 165, 175, dans la couche de colle entre le substrat métallique 110 ou 120 et le substrat composite 160 ou 170, le long de l’axe transversal AA.

La pré-fissure peut être réalisée, au cours de l’étape de drapage, au moyen d’un insert en Téflon® ou en tout autre matériau n’adhérant pas aux composites. En effet, pour fabriquer l’éprouvette 100, les deux substrats composites sont drapés avant consolidation, c'est-à-dire cuisson, et, durant cette étape de drapage, l’insert en Téflon® est introduit entre les deux substrats composites. À la cuisson, la résine issue des deux substrats composites forme une fine couche de résine (d’épaisseur inférieure à 0,1mm), les deux substrats en composites n’étant toutefois pas liés dans la zone où se trouve l’insert en Téflon®.

Dans une variante, la pré-fissure est réalisée par dépôt d’un film non-adhésif, comme une couche d’un démoulant dont la propriété est de ne pas adhérer aux matériaux composites. La pré-fissure, appelée aussi pré-défaut, permet d’amorcer la fissure dans l’interface étudiée de l’éprouvette 100, cette fissure se propageant ensuite dans le plan de la pré-fissure.

L’éprouvette 100 telle que décrite ci-dessus permet de caractériser une fissure dans une interface composite/composite ou une interface métal/composite. Dans le cas d’une interface métal/composite, le pré-défaut est réalisé entre uns face du substrat composite et un des substrats métalliques, l’autre face du substrat composite étant complètement collée à l’autre des substrats métalliques.

Pour être testée, ou étudiée, l’éprouvette 100 telle que décrite précédemment est installée dans une machine de traction relativement classique. L’éprouvette 100 est fixée, par l’une de ses extrémités longitudinales E1 ou E2, sur la machine de traction. L’extrémité longitudinale E1 ou E2 fixée à la machine de traction est l’extrémité au sein de laquelle est insérée la pré-fissure. Une force de traction est appliquée suivant l’axe transversal AA, sur chacun des substrats métalliques 110, 120 de l’extrémité fixée. La force de traction comprend deux efforts de traction simultanés, de même intensité, appliqués sur l’éprouvette 100, dans des directions opposées pour former un déplacement d’ouverture. En particulier, un premier effort de traction est appliqué sur le premier substrat métallique 110 dans une direction D1, pendant qu’un second effort de traction est appliqué sur le second substrat métallique 120 dans une direction D2, opposée à la direction D1. Pour appliquer ces forces de traction, l’extrémité - prévue pour être fixée - de chacun des substrats métalliques 110, 120 est équipée d’un moyen d’attache comme, par exemple, une goupille. Sous l’effet des efforts de tractions appliqués simultanément aux deux substrats métalliques 110 et 120, la pré-fissure se propage dans l’interface jusqu’à former la fissure dont on veut étudier la propagation.

Pendant et/ou après la formation de la fissure dans l’interface choisie, le déplacement de traction, l’effort d’ouverture et la longueur de la fissure peuvent être mesurés. Le taux de restitution d’énergie critique de la fissure est alors déterminé à partir de ces mesures en utilisant, par exemple, la théorie des poutres, la théorie de la complaisance calculée ou le bilan énergétique.

Le montage de traction utilisé pour tester l’éprouvette 100 est relativement simple dans la mesure où une machine de traction traditionnelle suffit. De plus, la même éprouvette peut être utilisée pour toutes sortes d’applications et de sollicitations, seule la géométrie des substrats (par exemple l’angle α et l’épaisseur des composites) devant être faiblement modifiée.

Le montage en traction de l’éprouvette 100 peut être étendu à des sollicitations autres qu’en dynamique multiaxial. En effet, du fait de la simplicité du montage, des chargements en dynamique ou en fatigue, des chargements thermiques, etc. peuvent être appliqués. Le montage peut ainsi être utilisé pour des sollicitations telles que la fatigue multiaxiale ou encore la propagation sous fluage ou en relaxation.

Avec un tel montage et une telle éprouvette 100, la longueur de propagation de la fissure est relativement grande, par exemple 200mm voire plus, ce qui est bien plus grand que la longueur obtenue dans tous les montages de l’art antérieur. Une telle longueur permet d’étudier la phase de propagation de la fissure avec une grande fiabilité.

Comme représenté sur la , et comme déjà expliqué précédemment, le procédé 200 de détermination du taux de restitution d’énergie critique d’une interface comporte une première étape 210 consistant à fabriquer une éprouvette 100 correspondant à l’application ciblée, c'est-à-dire avec une géométrie représentative de la pièce aéronautique dont on veut caractériser la propagation des fissures. Le procédé comporte ensuite une étape 220 d’installation de l’éprouvette dans une machine à traction, avec les sollicitations correspondant à l’application ciblée. Une étape 230 consiste ensuite à appliquer une force de traction à l’extrémité de l’éprouvette 100 dans laquelle est insérée la pré-fissure. Le procédé 200 comporte ensuite une étape 240 consistant à effectuer différentes mesures de la fissure et des données de traction utilisées pour générer la fissure. Il comporte enfin une étape 250 de détermination du taux de restitution d’énergie critique de l’interface à partir des mesures de l’étape 240.

On comprend de ce qui est décrit précédemment que l’invention permet de caractériser la propagation d’une fissure dans une interface entre deux substrats composites, ou entre un substrat métallique et un substrat composite, en mesurant le taux de restitution d’énergie critique sous chargement multiaxial statique et dynamique. Pour que l’éprouvette 100 soit représentative de l’application ciblée, plusieurs paramètres peuvent être modifiés comme, par exemple, l’angle α de la section en forme de V, l’épaisseur des substrats composites, le type de sollicitation (multiaxial dynamique, fatigue multiaxiale, propagation sous fluage ou en relaxation, etc.).

Bien que décrit à travers un certain nombre d'exemples, variantes et modes de réalisation, l’éprouvette selon l’invention et le procédé de détermination du taux de restitution d’énergie critique comprennent divers variantes, modifications et perfectionnements qui apparaîtront de façon évidente à l'homme du métier, étant entendu que ces variantes, modifications et perfectionnements font partie de la portée de l'invention.

Claims

Éprouvette (100) de caractérisation de la propagation d’une fissure dans une interface entre deux substrats (110, 120, 160, 170) représentatifs des matériaux d’une pièce aéronautique,
caractérisée en ce que l’éprouvette (100) comprend une section de forme évasée, comportant deux jambes latérales (101, 102) symétriques par rapport à un axe transversal (AA) passant par une pointe de la section évasée, l’éprouvette comprenant également une pré-fissure intégrée dans une interface entre les deux substrats dont l’un au moins est en matériau composite.
Éprouvette selon la revendication 1, caractérisée en ce qu’elle comporte deux substrats métalliques (110, 120) et deux substrats composites (160, 170), chaque substrat composite étant collé sur un des substrats métalliques et séparé de l’autre substrat composite par une couche intercalaire en résine (150).
Éprouvette selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la section est en forme de V.
Éprouvette selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la pré-fissure est obtenue par insertion d’un insert en Téflon® dans l’interface entre deux substrats.
Éprouvette selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la pré-fissure est obtenue par dépôt d’un film non-adhésif dans une zone de l’interface entre deux substrats.
Éprouvette selon l’une quelconque des revendications 1 à 5 et la revendication 3, caractérisée en ce que les deux jambes latérales (101, 102) de la section en V forment un angle paramétrable (α) l’une par rapport à l’autre.
Éprouvette selon l’une quelconque des revendications 1 à 6 et la revendication 2, caractérisée en ce que les substrats composites (160, 170) sont formés de deux coupons rectangulaires (165, 175) accolés.
Éprouvette selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu’elle s’étend longitudinalement et comporte, à l’une de ses extrémités longitudinales, un système de fixation.
Procédé (200) de détermination d’un taux de restitution d’énergie critique d’une fissure dans une interface entre deux substrats (110, 120, 160, 170) représentatifs des matériaux d’une pièce aéronautique, comportant les opérations suivantes :
réaliser (210) une éprouvette (100) selon l’une quelconque des revendications précédentes,

installer (220) l’éprouvette dans une machine de traction,

appliquer (230) une force de traction à une extrémité de l‘éprouvette,

mesurer (240) un déplacement de traction, un effort d’ouverture de l’éprouvette et/ou une longueur de la fissure, et

en déduire (250) le taux de restitution d’énergie critique de la fissure.
Procédé selon la revendication 9 et la revendication 2, caractérisé en ce qu’il comporte une opération préalable de choix des substrats, de choix d’une épaisseur des substrats composites et/ou de choix d’un angle paramétrable (α) entre les deux jambes latérales (101, 102) d’une section en forme de V.
Procédé selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que le taux de restitution d’énergie critique est déduit en utilisant la théorie des poutres, la théorie de la complaisance calculée ou un bilan énergétique.
Procédé selon l’une quelconque des revendications 9 à 11 et selon la revendication 2, caractérisé en ce que la force de traction comprend deux efforts en traction, appliqués simultanément aux deux substrats métalliques (110, 120) de l’éprouvette (100) dans deux directions opposées (D1, D2).