Mechanical characterization of polymers and composites with a servohydraulic high-speed tensile tester

Ph. Béguelin; M. Barbezat; H. H. Kausch

doi:doi:10.1051/jp3:1991238

Numéro		J. Phys. III France Volume 1, Numéro 12, December 1991


Page(s)		1867 - 1880
DOI		https://doi.org/10.1051/jp3:1991238

DOI: 10.1051/jp3:1991238
J. Phys. III France 1 (1991) 1867-1880

Mechanical characterization of polymers and composites with a servohydraulic high-speed tensile tester

Ph. B6guelin, M. Barbezat and H. H. Kausch

Laboratoire de Polymères, Ecole Polytechnique de Lausanne, MX-D, 1015 Lausanne, Switzerland

(Received 10 April 1990, revised 31 January 1991, accepted 20 February 1991)

Abstract
This study is concerned with the measurement of the mechanical behaviour of polymers and composites at intermediate strain rates. It illustrates with two examples, the application of a high speed servohydraulic testing machine and a newly designed optical extensometer. In the first part of the study, the dynamic nature of high speed tensile testing with servohydraulic apparatus is discussed, and a damping technique is proposed. In the second part, this technique has been applied to the measurement of the tensile properties of annealed and unannealed neat PEEK at strain rates between $3 \times 10^{-2}$ and $2,4 \times 10^2~{\rm s}^{-1}$ . Both materials show increased yield stress and drawing stress with increasing strain rate. However, annealed specimens have been shown to exhibit superior mechanical properties. In the third part, mode I delamination tests have been performed on unidirectional IM6/PEEK composites at nominal strain rates between $1 \times 10^{-6}$ and $8 \times 10^{-1}~{\rm s}^{-1}$ . At the higher velocities the analysis is performed by means of FFT filtering. A moderate reduction in interlaminar fracture toughness was found with increasing loading rate.

Résumé
Cette étude aborde la mesure des propriétés mécaniques des polymères et composites soumis à des vitesses de déformation moyennes. Elle illustre au travers de deux exemples l'utilisation d'une machine d'essais servo-hydraulique à grande vitesse. Elle présente également un capteur optique d'extensométrie de conception nouvelle. Dans la première partie de l'étude, la nature vibratoire des essais de traction à vitesse élevée réalisés sur une machine servo-hydraulique est discutée, et une technique d'amortissement est proposée. Dans une deuxième partie, cette technique est appliquée à l'étude des propriétés en traction du PEEK non recuit et recuit dans le domaine des vitesses de déformation de $3 \times 10^{-2}$ à $2,4 \times 10^2~{\rm s}^{-1}$ . Les résultats montrent un accroissement systématique de la contrainte au seuil plastique ainsi que de la contrainte conventionnelle de rupture. Ces essais confirment que le traitement thermique de recuit accroît les propriétés mécaniques. La troisième partie de l'étude porte sur des essais de délaminage en mode I d'un composite unidirectionnel IM6/PEEK à des vitesses de déformations nominales comprises entre $1 \times 10^{-6}$ et $8 \times 10^{-1}~{\rm s}^{-1}$ . Aux vitesses les plus élevées on a recours au filtrage par la FFT pour l'analyse de la mesure de la force. Les résultats mettent en évidence une légère diminution des propriétés interlaminaires lorsque les vitesses de déformation augmentent.