Systèmes pour essais à vitesses de déformation élevées

Les essais à vitesse de déformation élevée (high strain rate testing) permettent d’analyser la manière dont les matériaux réagissent à des sollicitations rapides et intenses, en reproduisant des événements extrêmes tels que les accidents de voiture et les impacts aérospatiaux. Les systèmes STEP Lab destinés aux essais à vitesse de déformation élevée sont les suivants : actionneurs linéaires, tours de chute et systèmes rotatifs à grande vitesse.
Caractéristiques

Charge max: 120 kN
Vitesse max: 35 m/s

Type d’essai

Haute vitesse
Compression
Traction
Choc

Applications

Plastiques
Métaux
Composites

Systèmes pour essais à vitesses de déformation élevées

Les essais à vitesse de déformation élevée (high strain rate testing) permettent d’analyser la manière dont les matériaux réagissent à des sollicitations rapides et intenses, en reproduisant des événements extrêmes tels que les accidents de voiture et les impacts aérospatiaux. Les systèmes STEP Lab destinés aux essais à vitesse de déformation élevée sont les suivants : actionneurs linéaires, tours de chute et systèmes rotatifs à grande vitesse.
Caractéristiques

Charge max: 120 kN
Vitesse max: 35 m/s

Type d’essai

Haute vitesse
Compression
Traction
Choc

Applications

Plastiques
Métaux
Composites

Essais à vitesses de déformation élevées

Les systèmes STEP Lab pour la déformation à grande vitesse sont conçus pour réaliser des essais de traction et de compression de manière flexible, grâce à leur vitesse élevée, pouvant atteindre 35 m/s, et à la large plage de forces disponible, allant de quelques newtons à 120 kN. De plus, il est possible d’ajouter une chambre climatique pour tester les matériaux à différentes températures.

Grâce à leurs excellentes performances, nos systèmes simulent des conditions extrêmes sur les métaux, les plastiques et les composites, garantissant ainsi la conformité aux normes internationales telles que l’ASTM D3763, l’ASTM D638-5 et l’ISO 8256-2.

  • Également conçus pour les essais HCF (High Cycle Fatigue)
  • Intégration avec des caméras haute vitesse et un logiciel DIC (Digital Image Correlation)
  • Essais hautement reproductibles et fiables
  • Configuration à un ou plusieurs actionneurs
  • Large gamme d’accessoires disponibles (chambre climatique, systèmes anti-rebond, systèmes à haute énergie)
  • Mâchoires et dispositifs de préhension spéciaux, spécialement conçus pour les essais à taux de déformation élevé
  • Faible consommation d’énergie, entretien réduit
  • Caractérisation des métaux, des composites et des polymères, depuis des conditions quasi-statiques jusqu’à des vitesses de déformation de 1 000/s
  • Dommages cumulatifs sur des composants aérospatiaux soumis à des impacts à grande vitesse
  • Impact en cas d’accident automobile (crash test)
  • Traction par choc sur les cordes de parachute et les ceintures de sécurité
  • Réduction du poids des composants
  • Équipements sportifs et protections
  • Caractérisation du comportement dynamique des matériaux avancés
  • ASTM D3763
  • ASTM D638-5
  • ISO 8256-2
  • ISO 6603-2
  • ISO 26203-2
  • ISO 18872
  • ISO 11343
  • SAE International J2749

LES TECHNOLOGIES POUR LES ESSAIS À VITESSES DE DÉFORMATION ÉLEVÉES

MACHINES ÉLECTRODYNAMIQUES

  • Vitesse maximale : 8 m/s
  • Force dynamique jusqu’à 120 kN
  • Contrôle en boucle fermée

TOURS DE CHUTE POUR ESSAIS DE CHOC

  • Vitesse maximale : 24 m/s
  • Énergie d’impact jusqu’à 2 000 J
  • Zone d’essai personnalisable

SYSTÈME ROTATIF À HAUTE VITESSE

  • Vitesse maximale : 35 m/s
  • Force maximale jusqu’à 50 kN
  • Version standard et renforcée

MACHINES ÉLECTRODYNAMIQUES

Afin de mettre en œuvre les essais à taux de déformation élevé sur les séries HUD et XUD, un système dédié a été développé. Il se compose de mâchoires spéciales équipées d’un adaptateur de jeu, nécessaire pour atteindre la vitesse d’essai avant l’impact sur l’éprouvette. Compatible avec les éprouvettes conformes à la norme ISO 8256.

  • Machine d’essai polyvalente, pouvant également être utilisée pour de nombreuses autres applications (essais de fatigue à haut et bas nombre de cycles, mécanique de la rupture, essais mécaniques généraux)
  • Contrôle en boucle fermée, permettant de maintenir constante la vitesse réglée
  • Configuration simple, permettant à l’utilisateur d’effectuer de nombreux essais sans difficulté
  • Acquisition de la charge via une cellule de charge piézoélectrique, un amplificateur et une carte d’acquisition dédiée

TOURS DE CHUTE POUR ESSAIS DE CHOC

La tour de chute est la solution la plus polyvalente pour les essais de choc, dont les essais à taux de déformation élevé ne constituent qu’une des applications possibles.

  • Énergie d’impact maximale : jusqu’à 2 000 J
  • Vitesse d’impact : de 0,2 m/s à 24 m/s (avec système d’accélération supplémentaire)
  • Zone d’essai spacieuse et accessible (500 x 400 x 900 mm)
  • Interface utilisateur intuitive, avec levage, positionnement et relâchement automatisés du poids
  • Fréquence d’acquisition du signal de charge jusqu’à 3,5 MHz à 16 bits
  • Haut degré de personnalisation, des dimensions de la zone d’essai aux fonctionnalités logicielles
  • Possibilité d’intégration avec des accessoires dédiés

SYSTÈME ROTATIF À HAUTE VITESSE

La machine rotative STEP Lab est spécialement conçue pour les essais à très haute vitesse. L’inertie du volant d’inertie (flywheel) permet de maintenir une vitesse quasi constante pendant toute la durée de l’impact, ce qui constitue un avantage décisif pour la répétabilité des essais. Le système intègre un capteur de force piézoélectrique directement dans le support de l’éprouvette et un système d’acquisition de données pouvant atteindre 3,5 MHz, afin de capturer avec précision même les événements les plus rapides.

  • Vitesse maximale : jusqu’à 35 m/s
  • Force maximale de crête : 10 kN (version standard), jusqu’à 50 kN (version renforcée)
  • Acquisition de données jusqu’à 3,5 MHz

CARACTÉRISTIQUES

Aucun entretien

Haute fiabilité

Haute efficacité

Large éventail d’utilisations

Installation simple

Collecte et analyse des données

Dans ces trois solutions, la charge est mesurée à l’aide d’une cellule de charge piézoélectrique. En revanche, la déformation ne peut pas être mesurée à l’aide d’un extensomètre classique aux vitesses en jeu : c’est pourquoi on utilise l’imagerie à haute vitesse combinée à l’analyse DIC (Digital Image Correlation).

Matériel et logiciels utilisés

  • Caméra haute vitesse Photron (série NOVA) : 1 024 x 1 024 px à 16 000 images par seconde ; jusqu’à 100 000 images par seconde à 384 x 256 px ; jusqu’à 300 000 images par seconde à 128 x 128 px
  • Logiciel d’analyse DIC Alpha by X-Sight : il extrait les données de déformation à partir d’une séquence d’images, avec des mesures de déplacement sans contact en 2D et 3D

Le point d’impact de l’éprouvette doit être bien éclairé (lampes LED dédiées) afin de garantir une bonne qualité des images et, par conséquent, de l’analyse.

Comment fonctionne le traitement

Au cours de l’essai, deux flux de données sont acquis en parallèle, synchronisés par le contrôleur d’essai : le signal de charge et la vidéo haute vitesse. La vidéo est convertie en images individuelles pour l’analyse DIC, qui trace un point (sous-ensemble) dans l’image et le suit tout au long de la séquence, en calculant les données de déformation (déformation réelle ou technique) pour chaque point de l’éprouvette. En combinant la charge et la déformation, on établit la courbe contrainte-déformation du matériau à la vitesse d’essai choisie.

Tour de chute – DW2000

Caméra haute vitesse – Photron NOVA

QUESTIONS FRÉQUEMMENT POSÉES

L’essai de déformation à grande vitesse consiste à appliquer une charge très rapide à un matériau ou à un composant, en le comprimant ou en l’étirant en quelques millisecondes plutôt qu’en quelques secondes, afin de simuler des événements extrêmes tels que des accidents de la route, des explosions ou des impacts balistiques. Il permet de mesurer en quoi le comportement des matériaux diffère à grande vitesse par rapport à une charge lente et quasi statique.

Les essais à vitesse de déformation élevée reproduisent des événements d’impact réels où la déformation se produit en quelques millisecondes, tels que les accidents de voiture, les explosions ou les chocs balistiques. Sans ces essais, les concepteurs ne disposeraient que de données issues de charges lentes et ne pourraient pas prévoir avec précision le comportement du matériau dans des scénarios de danger réel, risquant ainsi de sous-estimer les dommages ou de surestimer la protection.

À des vitesses de déformation élevées, les matériaux deviennent souvent plus rigides et plus résistants, mais aussi plus fragiles, absorbant moins d’énergie avant la rupture que le même matériau soumis à une charge lente. Ce comportement dépendant de la vitesse est essentiel pour les applications critiques en matière de sécurité, telles que la protection contre les chocs dans les véhicules, les armures et les équipements de protection, où les données relatives aux matériaux soumis à une charge lente ne permettraient à elles seules que des prévisions trompeuses.

Un essai quasi-statique applique la charge lentement (en secondes ou en minutes) et mesure la résistance et l’allongement à la rupture du matériau dans des conditions idéales. Un essai à vitesse de déformation élevée applique la même charge en quelques millisecondes, et le matériau se comporte différemment : il devient souvent plus rigide et plus résistant, mais aussi plus fragile, absorbant moins d’énergie avant de se rompre. Ignorer cette différence conduirait à des prévisions erronées dans les projets de sécurité.

Les essais de déformation à grande vitesse sont utilisés dans la simulation d’accidents automobiles, dans l’analyse des impacts dans le secteur aérospatial, dans la certification des équipements de protection (casques, gilets pare-balles), dans le développement de protections contre les explosions et les projectiles, dans la conception d’équipements sportifs et dans la recherche sur les matériaux destinés à des applications où les impacts ou les charges explosives représentent un risque réel.

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