ISO 13003-2003 Fibre-reinforced plastics - Determination of fatigue properties under cyclic loading conditions《纤维增强塑料 周期性荷载条件下疲劳特性的测定》.pdf

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1、 Numro de rfrence ISO 13003:2003(F) ISO 2003NORME INTERNATIONALE ISO 13003 Premire dition 2003-12-15Plastiques renforcs de fibres Dtermination des proprits de fatigue en conditions de chargement cycliques Fibre-reinforced plastics Determination of fatigue properties under cyclic loading conditions I

2、SO 13003:2003(F) PDF Exonration de responsabilit Le prsent fichier PDF peut contenir des polices de caractres intgres. Conformment aux conditions de licence dAdobe, ce fichier peut tre imprim ou visualis, mais ne doit pas tre modifi moins que lordinateur employ cet effet ne bnficie dune licence auto

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7、eva 20 Tel. + 41 22 749 01 11 Fax. + 41 22 749 09 47 E-mail copyrightiso.org Web www.iso.org Version franaise parue en 2005 Publi en Suisse ii ISO 2003 Tous droits rservsISO 13003:2003(F) ISO 2003 Tous droits rservs iii Sommaire Page Avant-propos. iv 1 Domaine dapplication 1 2 Rfrences normatives 1

8、3 Termes et dfinitions 1 4 Principe 6 5 Appareillage 7 6 Prparation et contrle des prouvettes 7 7 Nombre dprouvettes 7 8 Conditionnement et environnements dessai 8 9 Mode opratoire 8 10 Prsentation des rsultats. 9 11 Fidlit . 11 12 Rapport dessai . 11 Annexe A (informative) Recommandations complment

9、aires pour les modes opratoires dessai en flexion . 13 Annexe B (informative) Recommandations complmentaires pour les modes opratoires dessai en traction 15 Bibliographie 17 ISO 13003:2003(F) iv ISO 2003 Tous droits rservs Avant-propos LISO (Organisation internationale de normalisation) est une fdra

10、tion mondiale dorganismes nationaux de normalisation (comits membres de lISO). Llaboration des Normes internationales est en gnral confie aux comits techniques de lISO. Chaque comit membre intress par une tude a le droit de faire partie du comit technique cr cet effet. Les organisations internationa

11、les, gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec lISO participent galement aux travaux. LISO collabore troitement avec la Commission lectrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation lectrotechnique. Les Normes internationales sont rdiges conformment aux rgles do

12、nnes dans les Directives ISO/CEI, Partie 2. La tche principale des comits techniques est dlaborer les Normes internationales. Les projets de Normes internationales adopts par les comits techniques sont soumis aux comits membres pour vote. Leur publication comme Normes internationales requiert lappro

13、bation de 75 % au moins des comits membres votants. Lattention est appele sur le fait que certains des lments du prsent document peuvent faire lobjet de droits de proprit intellectuelle ou de droits analogues. LISO ne saurait tre tenue pour responsable de ne pas avoir identifi de tels droits de prop

14、rit et averti de leur existence. LISO 13003 a t labore par le comit technique ISO/TC 61, Plastiques, sous-comit SC 13, Composites et fibres de renforcement. NORME INTERNATIONALE ISO 13003:2003(F) ISO 2003 Tous droits rservs 1 Plastiques renforcs de fibres Dtermination des proprits de fatigue en cond

15、itions de chargement cycliques 1 Domaine dapplication La prsente Norme internationale dfinit les principes gnraux applicables aux essais de fatigue sur matriaux composites matrices plastiques renforces par des fibres sous sollicitations cycliques amplitude et frquence constantes. Bien que ces modes

16、opratoires gnraux soient applicables tous les modes dessai et de contrle des machines dessai, leur application fera lobjet dune attention particulire dans chaque cas. Une exprience antrieure principalement en matire dessais de fatigue en traction et flexion est fonde sur les mthodes dessai statique

17、(monotone) quivalentes. Les essais de fatigue sur les systmes de fibres de carbone renforces unidirectionnelles suivant la direction des fibres sont particulirement difficiles raliser. Dans certains cas, tels que la rsistance la propagation de fissure, des essais spcifiques peuvent exister quil conv

18、ient dutiliser de prfrence ceux de la prsente Norme internationale. 2 Rfrences normatives Les documents de rfrence suivants sont indispensables pour lapplication du prsent document. Pour les rfrences dates, seule ldition cite sapplique. Pour les rfrences non dates, la dernire dition du document de r

19、frence sapplique (y compris les ventuels amendements). ISO 291, Plastiques Atmosphres normales de conditionnement et dessai ISO 527-4, Plastiques Dtermination des proprits en traction Partie 4: Conditions dessai pour les composites plastiques renforcs de fibres isotropes et orthotropes ISO 527-5, Pl

20、astiques Dtermination des proprits en traction Partie 5: Conditions dessai pour les composites plastiques renforcs de fibres unidirectionnelles ISO 1268 (toutes les parties), Plastiques renforcs de fibres Mthodes de fabrication de plaques dessai ISO 14125, Composites plastiques renforcs de fibres Dt

21、ermination des proprits de flexion 3 Termes et dfinitions Pour les besoins du prsent document, les termes et dfinitions suivants sappliquent. 3.1 contrainte (induite dans lprouvette) contrainte nominale calcule partir de la charge mesure partir de lquation correspondante indique dans la mthode dessa

22、i monotone (statique) utilise NOTE Elle est exprime en MPa. ISO 13003:2003(F) 2 ISO 2003 Tous droits rservs 3.2 dformation (impose lprouvette) allongement sous forme de fraction des couches les plus sollicites de lprouvette (par exemple la surface extrieure dune prouvette en flexion) NOTE Elle est c

23、alcule partir de lquation correspondante indique dans la mthode dessai utilise et exprime sous forme dun rapport sans dimension. 3.3 forme donde forme de la variation cyclique de la contrainte (charge) ou dformation (dplacement) applique entre des valeurs maximales et minimales constantes NOTE La fo

24、rme donde par dfaut est sinusodale. La Figure 1 donne un exemple donde sinusodale amplitude et frquence constantes. Dautres formes dondes, en carr, en triangle ou en dents de scie sont galement utilises. Lgende X temps Y contrainte ou dformation applique X X maxvaleur maximale (ou pic) de X X mvaleu

25、r moyenne de X X m= (X max+ X min )/2 X minvaleur minimale (ou creux) de X X aamplitude de X 2X atendue de la variation de X (amplitude pic-pic) a1 cycle. Figure 1 Exemple dun cycle forme donde sinusodale 3.4 cycle forme donde complte simple entre un point quelconque de la forme donde (par exemple m

26、oyenne ou pic) et loccurrence suivante du mme point 3.4.1 type de cycle le type de cycle est dfini par la position du signal par rapport la contrainte (charge) ou la dformation (dplacement) zro NOTE La Figure 2 prsente un exemple de cycle de contrainte. Pour les cycles de dformation ou de dplacement

27、, la dformation et le dplacement remplacent le terme de contrainte. ISO 13003:2003(F) ISO 2003 Tous droits rservs 3Lgende X temps, t Y contrainte, (ou dformation applique, ) 1 zone de compression-compression 2 zone de traction-compression 3 zone de traction-traction 4 cycle de compression-compressio

28、n 5 cycle altern zro-compression 6 cycle altern dominante-compression 7 cycle purement invers ou altern 8 cycle altern dominante-traction 9 cycles alterns 10 cycle de zro-traction 11 cycle de traction-traction Figure 2 Exemple de cycles types 3.5 frquence f nombre de cycles ou de cycles partiels, ef

29、fectus en 1 s et exprims en hertz ISO 13003:2003(F) 4 ISO 2003 Tous droits rservs 3.6 valeurs de contrainte, de dformation ou de dplacement 3.6.1 contrainte maximale max dformation maximale max dplacement maximal d maxplus grande valeur algbrique atteinte priodiquement par la contrainte, exprime en

30、mgapascals, ou par la dformation, exprime en pourcentage, ou par le dplacement, exprime en millimtres 3.6.2 contrainte minimale min dformation minimale min dplacement minimal d minplus petite valeur algbrique atteinte priodiquement par la contrainte, exprime en mgapascals, ou par la dformation, expr

31、ime en pourcentage, ou par le dplacement, exprim en millimtres 3.6.3 contrainte moyenne m dformation moyenne mdplacement moyen d mmoyenne algbrique des contraintes, dformations et dplacements maximaux et minimaux max min m2 + = (1) max min m 2 + = (2) max min m 2 dd d + = (3) 3.6.4 amplitude de cont

32、rainte a amplitude de dformation a amplitude de dplacement d avaleur gale la moiti de la diffrence algbrique entre les contraintes, dformations ou dplacements maximaux et minimaux max min a 2 = (4) max min a 2 = (5) ISO 13003:2003(F) ISO 2003 Tous droits rservs 5 max min a 2 dd d = (6) NOTE Dans cer

33、tains cas, ltendue de lcart de contrainte, dformation ou dplacement pic-pic est indique (cest- -dire deux fois lamplitude de contrainte, dformation ou dplacement). 3.6.5 rapport de contrainte R rapport de dformation R rapport de dplacement R drapport algbrique de la contrainte, de la dformation ou d

34、u dplacement minimal la contrainte, la dformation ou le dplacement maximal dans un cycle min max R = (7) min max R = (8) min max d d R d = (9) 3.7 charge F la charge, mesure par un capteur de force, sur lprouvette NOTE Les valeurs maximales et minimales dfinies chaque cycle sont F maxet F minexprime

35、s en newtons. 3.7.1 charge initiale F ivaleur absolue de lamplitude maximale de la charge, mesure avant la fin des 100 premiers cycles lorsque des conditions stables sont obtenues NOTE Sa valeur peut tre obtenue soit par mesure individuelle, soit par chantillonnage sur plusieurs cycles. Elle est exp

36、rime en newtons. 3.7.2 rapport de charge R Frapport de la charge minimale la charge maximale dans un cycle min max F F R F = 3.8 contrainte initiale icontrainte calcule partir de la charge initiale (3.7.1) NOTE Elle est exprime en mgapascals. ISO 13003:2003(F) 6 ISO 2003 Tous droits rservs 3.9 rsist

37、ance la fatigue N inombre de cycles appliqus une prouvette jusqu la rupture ou la fin de lessai NOTE 1 Pour les essais dplacement impos, lorsque la rupture nintervient pas soit par sparation de lprouvette en deux parties ou davantage, soit par un endommagement gnral excessif (cest-dire que la charge

38、 ne peut plus tre supporte par lprouvette), la fin de lessai est dfinie par un niveau de dfaillance (appel aussi taux dendommagement) correspondant une perte de rigidit de lprouvette (par exemple 5 % 20 %). Ce niveau dendommagement doit normalement tre fix 20 % de perte en valeur absolue. NOTE 2 Qua

39、nd lessai est termin avant quune dfaillance ne se produise ou que le critre limite de rigidit soit atteint (cest-dire que la dure de lessai pour obtenir la dfaillance est considre excessive), la rsistance la fatigue nest pas dfinie, mais est seulement suprieure la dure de lessai. Ces essais sont app

40、els des runs-outs ou chutes et la donne est souvent indique sur le diagramme de la contrainte ou de la dformation en fonction du nombre de cycles en ajoutant un dplacement dirig vers une dure dessai suprieure (par exemple x , o ). 3.10 proprits ultimes 3.10.1 rsistance en traction/flexion ultime au

41、taux de chargement statique (normal) UTS SUFS Sparamtre donn par la mthode dessai utilise, par exemple UTS Spour la rsistance en traction selon ISO 527-4 ou ISO 527-5; UFS Spour la rsistance en flexion selon ISO 14125. 3.10.2 rsistance en traction/flexion ultime au taux de chargement de fatigue UTS

42、FUFS Fparamtre donn par les essais au taux de chargement de fatigue, par exemple UTS Fpour la rsistance en traction et UFS Fpour la rsistance en flexion NOTE 1 Le taux de chargement de fatigue est dfini comme tant celui dont rsulte une rupture en un temps quivalent 0,5 le temps de cycle, cest-dire D

43、ure de lessai (s) = 0,5 frquence (Hz) NOTE 2 Il peut tre fix la mme frquence que celle des essais de fatigue utilisant une forme donde triangulaire avec une amplitude suffisante pour causer la rupture. N. B. Pour un matriau sensible au taux, tel que les plastiques renforcs de fibres de verre continu

44、es, celui-ci peut tre significativement plus lev ( 40 %) que la rsistance statique. 4 Principe Une charge mcanique alterne ou un dplacement est appliqu frquence constante lprouvette de faon continue. Lessai peut tre ralis une amplitude de contrainte (charge), de dformation ou de dplacement constant.

45、 La mthode dessai, les dimensions des prouvettes et les calculs employs sont les mmes que ceux utiliss dans le mode dessai quivalent sous des conditions de sollicitations statiques (monotones). NOTE 1 Par exemple, lISO 527-4 ou lISO 527-5 sont employes pour les essais de fatigue en traction (N.B. ce

46、s prouvettes ne conviennent pas pour un chargement purement altern sans support contre le flambage en compression; voir ISO 14126, Composites plastiques renforcs de fibres Dtermination des caractristiques en compression dans le plan). LISO 14125 est employe pour les essais de fatigue en flexion. ISO

47、 13003:2003(F) ISO 2003 Tous droits rservs 7 NOTE 2 Il ny a pas de diffrences majeures dans le fonctionnement de la machine dessai de fatigue pour les diffrents modes de contrle (par exemple charge ou dplacement) alors quil en existe dans la dfinition de la fin de lessai (voir 3.9). Des recommandations pour des modes dessai particuliers sont donnes dans lAnnexe A (essais de flexion) et dans lAnnexe B (essa