La technologie de fracture accélère les essais de matériaux


Les chercheurs du Sandia National Laboratories du département de mécanique des matériaux utilisent les nouveaux supports de test de fracture pour les tests de fracture composites interlaminaires traditionnels ainsi que les stratifiés composites hybrides avancés, comme indiqué ici.

Les chercheurs du Sandia National Laboratories du département de mécanique des matériaux utilisent les nouveaux supports de test de fracture pour les tests de fracture composites interlaminaires traditionnels ainsi que les stratifiés composites hybrides avancés, comme indiqué ici.

Laboratoires nationaux Sandia

LIVERMORE, Californie – Tim Briggs a bâti une carrière chez Sandia National Laboratories en déchirant et en brisant les choses avec son équipe de collaborateurs. Maintenant, il a développé un outil de test de fracture qui pourrait aider à renforcer tout, des cadres structurels des avions aux téléphones portables.

Briggs a déposé un brevet pour un dispositif associé à des matériaux composites structuraux liés avec le titre trompeusement banal « Mode I Fracture Testing Fixture ».

L’appareil, un petit ensemble de deux cintres pas plus gros qu’une main, s’insère dans un trou percé avec précision au milieu de deux matériaux structurels liés ensemble. Les cintres se fixent ensuite à une machine d’essai traditionnelle conçue pour séparer l’échantillon collé pour mesurer sa résistance. Avant l’innovation de Briggs, la préparation des échantillons et la réalisation d’une série de tels tests de fracture pouvaient prendre des jours, voire des semaines de plus.

« Nous séparons les spécimens de fracture d’une manière très contrôlée », a déclaré Briggs, qui travaille dans le laboratoire des structures légères de Sandia. « Ensuite, nous sommes en mesure de mesurer la réponse du matériau et de quantifier les propriétés de fracture pertinentes, ce qui nous informe de la manière dont les fissures peuvent réellement se développer lorsqu’elles sont utilisées dans des produits finis dans diverses conditions de chargement. »

Dans chaque industrie et produit de consommation, les choses se cassent. Cela peut entraîner des pertes de biens, des litiges, des blessures et des pertes de vie. Parfois, la fracturation se produit parce qu’une conception est conçue sans une compréhension complète de la performance des matériaux dans certaines conditions.

«Pensez à des applications critiques comme un avion pressurisé à 30 000 pieds avec 300 âmes ou plus à bord reposant sur des surfaces collées dans le cadre d’un chemin de charge critique», a expliqué Briggs. « Cela ne peut jamais échouer. Mais les gens ne veulent pas non plus que leur bâton de hockey ou leur vélo de montagne en fibre de carbone très bénin pour lequel ils ont payé des centaines ou même des milliers de dollars se cassent. »

Le dispositif et la méthodologie peuvent être appliqués « à tout ce qui se trouve entre les deux – dispositifs médicaux, aérospatiale, résistance aux collisions automobiles, structures civiles, récipients sous pression, loisirs et sports. Chaque structure est probablement affectée par des mécanismes de défaillance basés sur les fractures et les tests sont difficiles. Ce nouveau dispositif et cette nouvelle approche visent à le rendre un peu plus simple », a-t-il déclaré.

Avant de développer ses cintres, Briggs et son équipe devaient aligner et coller des charnières sur les échantillons, ce qui ajoutait beaucoup de temps et de coût au processus avant même de pouvoir configurer et réaliser l’expérience.

Un gabarit de forage conçu chez Sandia (à gauche) et la solution de Sandia pour le test de fracture en mode I (à droite).Un gabarit de forage conçu chez Sandia (à gauche) et la solution de Sandia pour le test de fracture en mode I (à droite).Laboratoires nationaux Sandia

« Aussi simple que cela soit », a-t-il déclaré à propos de la nouvelle approche utilisant le système de suspension à rotation libre, « c’est en quelque sorte la nouveauté de cet appareil. Il y a ici une beauté et une simplicité. Maintenant, vous pouvez complètement abandonner l’ancien et laborieux processus de collage des charnières aux surfaces de l’échantillon. Je ne peux pas vous dire combien de travail il nous a fallu pour couper les charnières, abraser et nettoyer toutes les surfaces collées, mélanger les adhésifs, aligner précisément la charnière sur la face de l’échantillon, coller la charnière d’un côté de l’échantillon, laissez-le sécher, nettoyez le désordre, puis recommencez de l’autre côté. Maintenant, il suffit de percer un trou et c’est parti.  »

Le dispositif en instance de brevet de Briggs permet à son équipe d’obtenir ces propriétés de fracture critique beaucoup plus rapidement et à moindre coût, ce qui permet de mieux comprendre les conditions susceptibles de provoquer la rupture et la défaillance des matériaux.

Le temps de test étant considérablement réduit, les ingénieurs auront la possibilité d’améliorer les choses en soumettant des échantillons à un plus large éventail de conditions environnementales et de chargement, garantissant des performances plus prévisibles pour améliorer la fiabilité et la sécurité tout en réduisant les coûts de recherche et développement.

Les entreprises peuvent non seulement rendre leurs produits plus sûrs et plus fiables avec cette nouvelle approche, mais les économies de coûts réalisées grâce à une recherche et développement plus efficace ainsi que des réductions des litiges en responsabilité pourraient être répercutées sur le consommateur.

Briggs a déclaré: « J’espère que cette nouvelle approche, et le travail qu’elle pourrait permettre à d’autres, pourront avoir une large portée et un impact au-delà de la mission de sécurité nationale de Sandia, touchant plus visiblement la vie quotidienne des gens dans leurs activités quotidiennes. »

Le chercheur des laboratoires nationaux de Sandia, Tim Briggs, a inventé un ensemble de supports de test de fracture pour aider son équipe à effectuer des tests de fracture, accélérant rapidement la vitesse de ces tests.Le chercheur des laboratoires nationaux de Sandia, Tim Briggs, a inventé un ensemble de supports de test de fracture pour aider son équipe à effectuer des tests de fracture, accélérant rapidement la vitesse de ces tests.Tim Briggs

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