Experimental characterization of the fracture behaviour of an adhesive under mixed mode dynamic loading
Caractérisation expérimentale de la rupture d'interfaces collées sous chargement dynamique multiaxial
Résumé
Adhesive joints are widely developed in aeronautical applications. These bonded assemblies have to support dynamic impact sollicitations and failure has to be predicted. The material viscous failure mechanisms in the adhesive are rate sensitive. Moreover, the joint failure usually occurs under a mixed-mode combination of traction and shear loading. However, current cohesive zone models do not take into account the possible coupling between loading rate-dependency and the mode mixity. The aim of this work is consequently to characterize the fracture behaviour of adhesives under mixed mode dynamic loadings. For that purpose, a new experimental protocol is developed. With the same equipment, small variations of specimen's geometry are employed to cover the wide range from traction to shear loading. The dynamic loading is achieved using a servohydraulic testing machine. The validity of the protocol under quasi-static loading is experimentally confirmed by comparison to a reference test. The quasi-static fracture toughness and failure surfaces are found equivalent under shear mode II and mode III. Moreover, the fracture toughness is found to decrease when rising the loading rate, whatever the mode mixity. Finally, a failure criterion is defined to take into account both the rate and mixed mode in uence on the fracture toughness.
Les joints adhésifs époxy sont fortement développés dans les applications aéronautiques. Ces assemblages collés doivent supporter des sollicitations d'impact, de sorte que la rupture doit être modélisée. Or, les mécanismes de rupture de l'adhésif sont sensibles à la vitesse de chargement. De plus, la rupture survient généralement sous un chargement mixte entre traction et cisaillement. Cependant, les modèles à zones cohésives actuels ne prennent pas en compte l'éventuel couplage entre mixité et vitesse de chargement. L'objectif de ces travaux est donc de caractériser le comportement à rupture d'un adhésif sous chargement dynamique multiaxial. Pour celà, un nouveau protocole expérimental est développé. Avec le même montage, de faibles variations sur la géométrie des éprouvettes permettent de couvrir toute l'enveloppe de rupture, de la traction au cisaillement. Le chargement dynamique est effectué à l'aide d'une machine de traction servohydraulique. La validité du protocole sous chargement quasi-statique est expérimentalement démontrée par comparaison avec un essai de référence dans l'existant. Les ruptures en mode II et en mode III s'avèrent équivalentes. De plus, la ténacité diminue à haute vitesse de chargement, quelque soit la mixité de mode. Enfin, un critère de rupture est défini afin de prendre en compte à la fois l'influence de la mixité de mode, et celle de la vitesse de chargement, sur la ténacité.
