ISO 16842:2014

NORME ISO
INTERNATIONALE 16842
Première édition
2014-10-01
Matériaux métalliques — Tôles et
bandes — Méthode d’essai de traction
biaxiale sur éprouvette cruciforme
Metallic materials — Sheet and strip — Biaxial tensile testing method
using a cruciform test piece
Numéro de référence
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ISO 2014
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Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Principe . 2
5 Eprouvette . 2
5.1 Forme et dimensions . 2
5.2 Préparation des éprouvettes . 3
6 Méthode d’essai . 4
6.1 Machine d’essai . 4
6.2 Méthode de mesure de la force et de la déformation . 5
6.3 Mise en place de l’éprouvette sur une machine d’essai de traction biaxiale . 6
6.4 Méthodes d’essai . 7
7 Détermination des courbes contraintes-déformation biaxiales .7
7.1 Généralités . 7
7.2 Détermination de l’aire initiale de la section transversale de l’éprouvette . 7
7.3 Détermination de la contrainte vraie . 7
7.4 Détermination de la déformation vraie . 8
7.5 Détermination de la déformation plastique vraie . 9
8 Rapport d’essai .11
8.1 Informations dans le rapport .11
8.2 Note complémentaire .12
Annexe A (informative) Méthode de mesure d’une surface d’écoulement .13
Annexe B (informative) Facteurs influençant la déformation plastique équivalente maximale
applicable à la zone calibrée de l’éprouvette cruciforme .18
Annexe C (informative) Machine d’essai de traction biaxiale .21
Bibliographie .25
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.
L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui concerne
la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www.
iso.org/directives).
L’attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant les
références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de l’élaboration
du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de brevets reçues par
l’ISO (voir www.iso.org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la signification des termes et expressions spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation
de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion de l’ISO aux principes de l’OMC
concernant les obstacles techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant:
Avant-propos — Informations supplémentaires.
Le comité chargé de l’élaboration du présent document est l’ISO/TC 164, Essais mécaniques des métaux,
sous-comité SC 2, Essais de ductilité.
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Introduction
La présente Norme internationale spécifie la méthode d’essai pour mesurer les courbes contrainte-
déformation biaxiales des tôles métalliques soumises à une traction biaxiale pour un rapport de
contrainte arbitraire sur une éprouvette cruciforme provenant de tôles métalliques planes. La Norme
internationale s’applique à la forme et à la position du mesurage de la déformation de l’éprouvette
cruciforme. La machine d’essai de traction biaxiale est décrite à l’Annexe C, seulement en termes
d’exemples typiques de machine et d’exigences qu’il convient que la machine remplisse.
L’éprouvette cruciforme recommandée dans la présente Norme internationale présente les
caractéristiques suivantes:
a) la zone calibrée de l’éprouvette assure une homogénéité élevée de la contrainte, permettant un
mesurage de la contrainte biaxiale avec une exactitude satisfaisante;
b) capacité à mesurer le comportement en déformation élasto-plastique des tôles métalliques à des
rapports de vitesse de contrainte ou de déformation arbitraires;
c) absence de déformations en dehors du plan comme cela est escompté dans la méthode d’essai de
gonflement hydraulique;
d) facile à fabriquer à partir d’une tôle métallique plane par découpe laser, découpe au jet d’eau ou
d’autres méthodes alternatives de fabrication.
NORME INTERNATIONALE ISO 16842:2014(F)
Matériaux métalliques — Tôles et bandes — Méthode
d’essai de traction biaxiale sur éprouvette cruciforme
1 Domaine d’application
La présente Norme internationale spécifie la méthode pour déterminer les courbes contrainte-
déformation des tôles métalliques soumises à une traction biaxiale au moyen d’une éprouvette
cruciforme fabriquée à partir d’un échantillon de tôle métallique. L’épaisseur applicable de la tôle doit
être de 0,1 mm ou plus et 0,08 fois ou moins la largeur du bras de l’éprouvette cruciforme (voir Figure 1).
La température d’essai doit se situer entre 10 °C et 35 °C. Le niveau de déformation plastique applicable
à la zone calibrée de l’éprouvette cruciforme dépend du rapport de force, de la largeur entaillée des bras,
du coefficient d’écrouissage (valeur n) (voir Annexe B), et de l’anisotropie du matériau soumis aux essais.
2 Références normatives
Les documents suivants, en tout ou partie, sont référencés de façon normative dans le présent document
et sont indispensables à son application. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique.
Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y compris les
éventuels amendements).
ISO 10275, Matériaux métalliques — Tôles et bandes — Détermination du coefficient d’écrouissage en
traction
ISO 80000-1, Grandeurs et unités — Partie 1: Généralités
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s’appliquent.
3.1
éprouvette cruciforme
éprouvette qui est recommandée pour l’essai de traction biaxiale et dont la géométrie est spécifiée dans
la présente Norme internationale (voir Figure 1)
3.2
zone calibrée
zone carrée qui est située dans le milieu de l’éprouvette cruciforme et est délimitée par les quatre bras
de l’éprouvette cruciforme (voir Figure 1)
3.3
bras
nom générique pour toutes les zones autres que la zone calibrée dans l’éprouvette cruciforme. Le bras
joue un rôle de transmission des forces de traction dans deux directions orthogonales à la zone calibrée
de l’éprouvette cruciforme (voir Figure 1)
3.4
machine d’essai de traction biaxiale
machine d’essai pour appliquer les forces de traction biaxiales à une éprouvette cruciforme dans les
directions orthogonales parallèles aux bras de l’éprouvette (voir Annexe C)
3.5
surface d’écoulement
groupe de contraintes déterminé dans un espace de contraintes, pour lequel un métal commence la
[1]
déformation plastique lorsqu’il est soumis à un essai passant de la région élastique à la région plastique
(voir Annexe A)
3.6
fonction d’écoulement
fonction mathématique utilisée pour générer l’équation d’état (critère d’écoulement) qu’il convient que
les composantes de la contrainte satisfassent lorsque le matériau soumis à la contrainte se trouve à l’état
de déformation plastique (voir Annexe A)
3.7
contour du travail plastique
figure graphique déduite en soumettant le matériau à une déformation plastique selon différents
chemins de contrainte linéaires et en traçant les points de contrainte dans l’espace des contraintes au
moment où le travail plastique consommé par unité de volume le long de chaque chemin de contrainte
devient identique et où les points de contrainte tracés font l’objet d’une approximation sous forme d’une
courbe lisse ou d’une surface incurvée (voir Annexe A).
4 Principe
Le mesurage est réalisé à température ambiante, pour la limite d’élasticité et les courbes contrainte-
déformation des tôles métalliques sous contraintes de traction biaxiales en mesurant simultanément
et en continu les forces de traction biaxiales et les composantes de déformation appliquées à la zone
calibrée d’une éprouvette cruciforme pendant l’application de forces de traction biaxiales dans les
directions orthogonales parallèles aux bras de l’éprouvette. L’éprouvette est une tôle métallique plane et
présente une épaisseur uniforme. Les courbes contraintes-déformation biaxiales mesurées sont utilisées
pour déterminer les contours du travail plastique des échantillons de tôle (voir Annexe A). A partir des
analyses aux éléments finis de l’éprouvette cruciforme telles que recommandées dans l’Article 5 et de la
position du mesurage de la déformation comme spécifiée au 6.2.4, l’erreur de calcul de la contrainte est
[1][3]
estimée être inférieure à 2,0 %.
5 Eprouvette
5.1 Forme et dimensions
La Figure 1 montre la forme et les dimensions de l’éprouvette cruciforme recommandée dans la présente
Norme internationale. L’éprouvette doit être comme décrite ci-après.
a) En principe, l’épaisseur d’une éprouvette, a, doit être la même que celle de l’échantillon de tôle, brut
de réception, sans aucune transformation réalisée dans la direction de l’épaisseur. Voir 5.1 b) pour
une exception à la règle.
b) Il convient que la largeur du bras, B, soit de 30 mm ou plus, sauf que B peut être défini conformément
à l’accord entre les parties concernées par la transaction. Elle doit satisfaire a ≤ 0,08B et il convient
qu’elle présente une exactitude de ± 0,1 mm pour les quatre bras. L‘épaisseur de la tôle peut être
réduite pour satisfaire a ≤ 0,08B conformément à un accord entre les parties concernées par la
transaction.
c) Sept entailles par bras doivent être pratiquées. Spécifiquement, une entaille doit être pratiquée sur
l’axe central (axe x ou y) de l’éprouvette avec une exactitude de ± 0,1 mm et trois entailles doit être
pratiquées à un intervalle de B/8 avec une exactitude de positionnement de ± 0,1 mm de part et
d’autre de l’axe central. Toutes les entailles doivent avoir la même longueur, L, et il convient que cette
longueur soit exacte à ± 0,1 mm. Il convient que la relation B ≤ L ≤ 2B soit vérifiée. Les extrémités
opposées de l’entaille doivent être pratiquées à égale distance, B /2 et B /2, avec une exactitude
Sx Sy
de positionnement de B/2 ± 0,1 mm.
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d) Il convient que la largeur d’entaille, w , soit la plus petite possible (voir Figure B.2), de préférence
S
inférieure à 0,3 mm.
e) La longueur de la zone de serrage, C, est considérée être suffisante si cela permet de maintenir
l’éprouvette dans les ancrages de la machine d’essai de traction biaxiale et de transmettre la force de
traction nécessaire à l’éprouvette. La longueur de serrage standard serait de B/2 ≤ C ≤ B, mais peut
être définie arbitrairement conformément à l’accord entre les parties concernées par la transaction.
f) Une géométrie d’éprouvette alternative peut être utilisée. En cas d’utilisation d’éprouvettes
cruciformes alternatives, la preuve de l’exactitude du mesurage de la contrainte doit être apportée
entre les partenaires contractuels.
5.2 Préparation des éprouvettes
a) Les modifications permises en épaisseur et les modifications permises par rapport à une surface
plane pour l’échantillon de tôle métallique à partir duquel les éprouvettes cruciformes sont prélevées
doivent être conformes aux normes de produit ou aux normes nationales applicables.
b) La direction d’échantillonnage standard de l’éprouvette doit être telle que les directions des bras
sont parallèles à la direction de laminage de l’échantillon de tôle (x) et à la direction perpendiculaire
à celle-ci (y), respectivement. La direction d’échantillonnage de l’éprouvette peut être définie
conformément à l’accord entre parties concernées par la transaction.
c) Pour la fabrication de l’éprouvette (y compris la découpe des entailles), toute méthode, par exemple
découpe laser, découpe au jet d’eau ou d’autres méthodes alternatives de fabrication, qui ont été
démontrées comme fonctionnant de manière satisfaisante, peuvent être utilisées si cela est convenu
par les parties.
d) Sauf spécification différente et sauf pour le prélèvement des échantillons, toute déformation ou
chauffage non nécessaire de l’éprouvette doit être évité.
a
y
tt
CornerCorner
R=(0,0034~0,1)B
radius radius : : RR
R
1 B
Sx
Slit Slit wiwidth : dth : www
2 w
ss
S
S
C
LL
x
B
L
B
Sy
B/8
B
Légende
1 zone calibrée
2 bras
3 zone de serrage
4 entaille
a épaisseur de l’éprouvette
B largeur du bras
B distance entre les extrémités de l’entaille se faisant face dans la direction x
Sx
B distance entre les extrémités de l’entaille se faisant face dans la direction y
Sy
C longueur de la zone de serrage
L longueur de l’entaille
R rayon d’angle au niveau des raccordements des bras à la zone calibrée
w largeur de l’entaille
S
[2][3]
Figure 1 — Forme standard et dimensions de l’éprouvette cruciforme recommandées
6 Méthode d’essai
6.1 Machine d’essai
Les spécifications requises pour la machine d’essai de traction biaxiale (désignée ci-après machine
d’essai) sont les suivantes (pour des exemples de machines d’essai typiques, voir Annexe C).
a) Elle doit avoir des fonctions et une durabilité suffisantes pour maintenir les quatre zones de serrage
d’une éprouvette cruciforme (désignée ci-après éprouvette) dans un seul plan avec une tolérance de
± 0,01 mm pendant les essais.
b) Deux mâchoires opposées doivent se déplacer le long d’une seule ligne droite (désignée ci-après axe
des x et axe des y), et les axes des x et des y doivent se couper selon un angle de 90 ± 0,1° (Le plan qui
contient les axes des x et des y est défini comme le plan de référence tandis que l’intersection des
axes des x et des y est défini comme le centre de la machine d’essai).
c) Elle doit disposer d’une fonction pour régler les deux mâchoires opposées dans des positions à égale
distance du centre de la machine d’essai avant la mise en place de l’éprouvette dans la mâchoire.
d) Elle doit disposer d’une fonction permettant la mise en place de l’éprouvette dans les mâchoires tout
en faisant coïncider le centre de l’éprouvette et le centre de la machine d’essai.
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e) Elle doit disposer d’une fonction permettant un déplacement identique des deux mâchoires opposées
ou le maintien du centre de l’éprouvette toujours au niveau du centre de la machine d’essai avec
une tolérance de ± 0,1 mm pendant l’essai de traction biaxiale (par exemple, les machines d’essai
montrées aux Figures C.1 et C.2 utilisent un mécanisme de liaison pour assurer un déplacement
équivalent des deux mâchoires opposées).
f) Elle doit avoir une capacité à réaliser des essais de traction biaxiale avec un servo-contrôle, avec un
rapport constant pour la contrainte nominale (rapport de force constant) et/ou un rapport constant
pour la contrainte vraie, et/ou un rapport constant pour la vitesse de déformation, selon le but de
l’essai (voir Annexe C.2). Pour les machines d’essai de traction biaxiale de type à liaison, on doit
s’assurer d’un déplacement identique des deux mâchoires opposées (voir Annexe C.3)
g) Des électroniques modernes de contrôle permettent un contrôle indépendant et combiné de chaque
vérin – il est dénommé Contrôle Modal (voir Annexe C.4).
h) Elle doit disposer d’une fonction pour mesurer et stocker les valeurs des forces de traction (deux
canaux pour les axes des x et des y) et les composantes de la déformation (deux canaux pour les
axes des x et des y) pendant l’essai de traction biaxiale avec l’exactitude spécifiée et la fréquence
convenue par les parties concernées.
6.2 Méthode de mesure de la force et de la déformation
6.2.1 Généralités
Le présent paragraphe spécifie la méthode pour mesurer les forces de traction (F , F ) et les composantes
x y
nominales de la déformation (e , e ) appliquées dans les directions x et y d’une éprouvette cruciforme.
x y
6.2.2 Méthode de mesurage de la force
Pour le mesurage de (F , F ), des cellules de mesure de force doivent être utilisées dans les directions x et
x y
y. Le système de mesure de la force de la machine d’essai doit être étalonné conformément à l’ISO 7500-1,
classe 1 ou meilleure.
6.2.3 Méthode de mesurage de la déformation
Pour le mesurage de (e , e ), des jauges de déformation ou d’autres méthodes, par exemple un système
x y
de mesurage optique, doivent être utilisées. Mesurer e et e à 0,000 1 près.
x y
6.2.4 Position du mesurage de la déformation
La Figure 2 montre la(les) position(s) d’une (des) jauge(s) de déformation pour mesurer (e , e ). (e ,
x y x
e ) doivent être mesurées dans une position, à une distance de (0,35 ± 0,05)B à partir du centre de
y
l’éprouvette, sur l’axe central parallèle à la force de traction maximale. La position du mesurage de
la déformation peut également être définie conformément à l’accord entre parties concernées par la
transaction.
NOTE Selon les analyses aux éléments finis de l’éprouvette cruciforme telle que recommandée à l’Article 5 et
la position du mesurage de la déformation telle que spécifiée à la Figure 2, l’erreur de calcul de la contrainte est
[2][3]
estimée être inférieure à 2,0 %.
F
F
y
y
(0,35± 0,05)B
(0,35± 0,05)B
F F F F
x
x x x
F
F
y
y
a1) F ≥ F a2) F ≤ F
x y x y
a) Cas de mesurage de e et e , au moyen d’une jauge de déformation biaxiale
x y
F
F
y
y
(0,35± 0,05)B
(0,35± 0,05)B
F
F F F
x x x x
F
F
y
y
b1) F ≥ F b2) F ≤ F
x y x y
b) Cas avec deux jauges de déformation uniaxiale
Légende
B largeur du bras
e déformation nominale dans la direction x
x
e déformation nominale dans la direction y
y
F force de traction dans la direction x
x
F force de traction dans la direction y
y
[2][3]
Figure 2 — Position du mesurage de la déformation
6.3 Mise en place de l’éprouvette sur une machine d’essai de traction biaxiale
L’éprouvette doit être fixée par quatre mâchoires d’une machine d’essai de traction biaxiale. Il faut
prendre soin de faire coïncider le centre de l’éprouvette avec celui de la machine d’essai.
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B B
B B
6.4 Méthodes d’essai
En conservant constants le rapport de force, le rapport de contrainte vraie, le rapport de la vitesse de
déformation ou le rapport de la vitesse de déplacement des mâchoires, les forces de traction biaxiale
doivent être appliquées à l’éprouvette. (F , F ) et (e , e ) doivent être mesurés à des intervalles de temps
x y x y
constants et les données doivent être enregistrées sur un équipement approprié. L’essai est terminé
lorsque le niveau souhaité de déformation ou de contrainte est atteint ou il convient qu’il soit terminé
lorsque la rupture ou une striction localisée survient dans le bras ou la zone calibrée. La vitesse de
-1
déformation recommandée est de (0,1 à 0,000 1) s .
NOTE Une méthode d’essai similaire a été utilisée pour des changements brusques de chemin de déformation
(voir Annexe A.3).
7 Détermination des courbes contraintes-déformation biaxiales
7.1 Généralités
Au moyen des valeurs mesurées de (F , F ) et (e , e ), les courbes contrainte-déformation dans les
x y x y
directions x et y de l’éprouvette cruciforme doivent être déterminées. Ces courbes sont utilisées pour
déterminer les contours du travail plastique pour le matériau soumis aux essais (voir Annexe A.2).
7.2 Détermination de l’aire initiale de la section transversale de l’éprouvette
Calculer les aires initiales de la section transversale d’une éprouvette cruciforme perpendiculairement
aux axes x et y, A et A , à partir des Formules (1) et (2):
Sx Sy
Aa=×B (1)
Sx Sy
Aa=×B
...