Fibre-reinforced plastic composites — Shear test method using a shear frame for the determination of the in-plane shear stress/shear strain response and shear modulus

This document specifies a method using a shear test apparatus for measuring the in-plane shear stress/shear strain response, shear modulus and shear strength of continuous-fibre-reinforced plastic composite materials with fibre orientations of 0° and 0°/90°. This method is applicable to thermoset and thermoplastic matrix laminates made from unidirectional layers/non-woven fabrics and/or fabrics including unidirectional fabrics, with the fibres oriented at 0° and 0°/90° to the specimen axis, where the lay-up is symmetrical and balanced about the specimen mid-plane. The method is suitable for determining shear properties in both the linear and nonlinear load-deformation range even at shear strains greater than 5 %. Short and long fibre-reinforced plastic composites can also be tested using this document.

Composites plastiques renforcés de fibres — Méthode d'essai de cisaillement à l'aide d'un châssis de cisaillement pour la détermination de la contrainte de cisaillement /déformation au cisaillement dans le plan et du module de cisaillement

Le présent document spécifie une méthode utilisant un appareillage d'essai de cisaillement pour mesurer la contrainte de cisaillement/déformation au cisaillement dans le plan, le module de cisaillement et la résistance au cisaillement des matériaux composites plastiques renforcés de fibres continues avec une orientation des fibres de 0° et 0°/90°. Cette méthode est applicable aux stratifiés à matrice thermodurcie et thermoplastique constitués de couches unidirectionnelles/non-tissés et/ou tissus, y compris tissus unidirectionnels, avec les fibres orientées à 0° et 0°/90° par rapport à l'axe de l'éprouvette, dans lesquels l'assemblage est symétrique et équilibré par rapport au plan médian de l'éprouvette. Cette méthode convient pour déterminer les propriétés de cisaillement à la fois dans la plage de déformation de la charge linéaire et non linéaire, même à des déformations au cisaillement supérieures à 5 %. Les composites plastiques renforcés de fibres courtes et longues peuvent également être soumis à l'essai selon le présent document.

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Status
Published
Publication Date
20-Nov-2018
Current Stage
6060 - International Standard published
Start Date
21-Nov-2018
Completion Date
21-Nov-2018
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ISO 20337:2018 - Fibre-reinforced plastic composites -- Shear test method using a shear frame for the determination of the in-plane shear stress/shear strain response and shear modulus
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ISO 20337:2018 - Composites plastiques renforcés de fibres -- Méthode d'essai de cisaillement a l'aide d'un châssis de cisaillement pour la détermination de la contrainte de cisaillement /déformation au cisaillement dans le plan et du module de cisaillement
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Standards Content (sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 20337
First edition
2018-11
Fibre-reinforced plastic composites —
Shear test method using a shear frame
for the determination of the in-plane
shear stress/shear strain response
and shear modulus
Composites plastiques renforcés de fibres — Méthode d'essai
de cisaillement à l'aide d'un châssis de cisaillement pour la
détermination de la contrainte de cisaillement /déformation au
cisaillement dans le plan et du module de cisaillement
Reference number
ISO 20337:2018(E)
ISO 2018
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 20337:2018(E)
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© ISO 2018

All rights reserved. Unless otherwise specified, or required in the context of its implementation, no part of this publication may

be reproduced or utilized otherwise in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting

on the internet or an intranet, without prior written permission. Permission can be requested from either ISO at the address

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Published in Switzerland
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ISO 20337:2018(E)
Contents Page

Foreword ........................................................................................................................................................................................................................................iv

Introduction ..................................................................................................................................................................................................................................v

1 Scope ................................................................................................................................................................................................................................. 1

2 Normative references ...................................................................................................................................................................................... 1

3 Terms and definitions ..................................................................................................................................................................................... 1

4 Principle ........................................................................................................................................................................................................................ 2

5 Test apparatus ......................................................................................................................................................................................................... 3

5.1 Tensile test machine ........................................................................................................................................................................... 3

5.1.1 General...................................................................................................................................................................................... 3

5.1.2 Test speeds ............................................................................................................................................................................ 3

5.1.3 Force indicator ................................................................................................................................................................... 3

5.2 Shear frame ................................................................................................................................................................................................ 3

5.3 Strain measurement ........................................................................................................................................................................... 5

5.4 Micrometer ................................................................................................................................................................................................. 6

6 Test specimens........................................................................................................................................................................................................ 6

6.1 Shape and dimensions ...................................................................................................................................................................... 6

6.2 Preparation of test specimens ................................................................................................................................................... 7

6.3 Inspection of the test specimens ............................................................................................................................................. 8

6.4 Number of test specimens ............................................................................................................................................................. 8

6.5 Conditioning of test specimens ................................................................................................................................................. 8

7 Procedure..................................................................................................................................................................................................................... 8

7.1 Test atmosphere .................................................................................................................................................................................... 8

7.2 Determination of the test specimen thickness ............................................................................................................ 8

7.3 Test speed .................................................................................................................................................................................................... 8

7.4 Data collection ......................................................................................................................................................................................... 8

7.5 Test termination .................................................................................................................................................................................... 8

7.6 Failure mode ............................................................................................................................................................................................. 9

8 Calculation and expression of results ..........................................................................................................................................10

9 Test report ................................................................................................................................................................................................................10

Bibliography .............................................................................................................................................................................................................................12

© ISO 2018 – All rights reserved iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 20337:2018(E)
Foreword

ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards

bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out

through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical

committee has been established has the right to be represented on that committee. International

organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.

ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of

electrotechnical standardization.

The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are

described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the

different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the

editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/directives).

Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of

patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of

any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or

on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/patents).

Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not

constitute an endorsement.

For an explanation on the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and

expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the

World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see the following

URL: www .iso .org/iso/foreword .html.

This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 61, Plastics, Subcommittee SC 13,

Composites and reinforcement fibres.

Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A

complete listing of these bodies can be found at www .iso .org/members .html.
iv © ISO 2018 – All rights reserved
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 20337:2018(E)
Introduction

The test method described in this document uses a shear frame fixture in order to introduce a pure

shear loading throughout the free area of the test specimens. The edges of the test specimens are

uniformly clamped during the test procedure avoiding fibre rotation and load re-distribution effects.

This allows for the ultimate shear strength of high shear-elongation materials to be obtained even at

shear strains higher than 5 % which is a limitation when using ISO 14129 or other standards regarding

in-plane shear test methods for fibre reinforced plastic composites.
© ISO 2018 – All rights reserved v
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 20337:2018(E)
Fibre-reinforced plastic composites — Shear test method
using a shear frame for the determination of the in-plane
shear stress/shear strain response and shear modulus
1 Scope

This document specifies a method using a shear test apparatus for measuring the in-plane shear

stress/shear strain response, shear modulus and shear strength of continuous-fibre-reinforced plastic

composite materials with fibre orientations of 0° and 0°/90°.

This method is applicable to thermoset and thermoplastic matrix laminates made from unidirectional

layers/non-woven fabrics and/or fabrics including unidirectional fabrics, with the fibres oriented at

0° and 0°/90° to the specimen axis, where the lay-up is symmetrical and balanced about the specimen

mid-plane.

The method is suitable for determining shear properties in both the linear and nonlinear load-

deformation range even at shear strains greater than 5 %.

Short and long fibre-reinforced plastic composites can also be tested using this document.

2 Normative references

The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content

constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For

undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.

ISO 291, Plastics — Standard atmospheres for conditioning and testing

ISO 1268 (all parts), Fibre-reinforced plastics — Methods of producing test plates

ISO 2818, Plastics — Preparation of test specimens by machining

ISO 2602, Statistical interpretation of test results — Estimation of the mean — Confidence interval

ISO 7500-1, Metallic materials — Calibration and verification of static uniaxial testing machines — Part 1:

Tension/compression testing machines — Calibration and verification of the force-measuring system

ISO 12781-1, Geometrical product specifications (GPS) — Flatness — Part 1: Vocabulary and parameters of

flatness
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.

ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:

— ISO Online browsing platform: available at https: //www .iso .org/obp
— IEC Electropedia: available at http: //www .electropedia .org/
3.1
plane
plane spanned by coordinate axes 1 and 2
Note 1 to entry: See Figure 2.
© ISO 2018 – All rights reserved 1
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO 20337:2018(E)
3.2
in-plane shear stress

stress obtained by dividing the instantaneous tensile load acting on the shear frame by the specimen

cross-sectional area
Note 1 to entry: See also 8.1.
Note 2 to entry: The in-plane shear stress is expressed in MPa.
3.3
in-plane shear strength
12M
maximum value for the shear stress
Note 1 to entry: See also 8.2.
Note 2 to entry: The in-plane shear strength is expressed in MPa.
3.4
shear strain
sum of the individual components of the total shear strain of the test specimen
Note 1 to entry: See also 8.3.
3.5
in-plane shear modulus
in-plane chord modulus
′′ ′ ′′

shear stress difference τ and τ divided by the corresponding shear strain difference γ =0,005

12 12 12
and γ =0,001
Note 1 to entry: See also 8.4 and Figure 4.
Note 2 to entry: The in-plane shear modulus is expressed in MPa.
3.6
direction of coordinate axis 1
direction parallel to the loading axis of the test machine
Note 1 to entry: The fibres oriented at an angle of 0° are in this direction.
Note 2 to entry: See Figure 2 and Figure 3.
3.7
direction of coordinate axis 2
direction orthogonal to the loading axis of the test machine
Note 1 to entry: The fibres oriented at an angle of 90° are in this direction.
Note 2 to entry: See Figure 2 and Figure 3.
4 Principle

A square test specimen with recessed corners and reinforcing fibres oriented at 0° and 0°/90° to the

specimen axis is held in a shear frame and subjected to pure shear loading. In order to determine the

shear modulus and the shear strength, the tensile load acting on the shear frame and the associated

shear strain are measur
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 20337
Première édition
2018-11
Composites plastiques renforcés
de fibres — Méthode d'essai de
cisaillement à l'aide d'un châssis de
cisaillement pour la détermination
de la contrainte de cisaillement /
déformation au cisaillement dans le
plan et du module de cisaillement
Fibre-reinforced plastic composites — Shear test method using a
shear frame for the determination of the in-plane shear stress/shear
strain response and shear modulus
Numéro de référence
ISO 20337:2018(F)
ISO 2018
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ISO 20337:2018(F)
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
© ISO 2018

Tous droits réservés. Sauf prescription différente ou nécessité dans le contexte de sa mise en œuvre, aucune partie de cette

publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,

y compris la photocopie, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut

être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.

ISO copyright office
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Fax: +41 22 749 09 47
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Publié en Suisse
ii © ISO 2018 – Tous droits réservés
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ISO 20337:2018(F)
Sommaire Page

Avant-propos ..............................................................................................................................................................................................................................iv

Introduction ..................................................................................................................................................................................................................................v

1 Domaine d’application ................................................................................................................................................................................... 1

2 Références normatives ................................................................................................................................................................................... 1

3 Termes et définitions ....................................................................................................................................................................................... 1

4 Principe .......................................................................................................................................................................................................................... 3

5 Appareillage .............................................................................................................................................................................................................. 3

5.1 Machine d’essai de traction .......................................................................................................................................................... 3

5.1.1 Généralités ............................................................................................................................................................................ 3

5.1.2 Vitesses d’essai .................................................................................................................................................................. 3

5.1.3 Indicateur de force ......................................................................................................................................................... 4

5.2 Châssis de cisaillement .................................................................................................................................................................... 4

5.3 Mesurage de la déformation ........................................................................................................................................................ 6

5.4 Micromètre ................................................................................................................................................................................................. 7

6 Éprouvettes ................................................................................................................................................................................................................ 7

6.1 Forme et dimensions ......................................................................................................................................................................... 7

6.2 Préparation des éprouvettes ....................................................................................................................................................... 8

6.3 Inspection des éprouvettes .......................................................................................................................................................... 9

6.4 Nombre d’éprouvettes ...................................................................................................................................................................... 9

6.5 Conditionnement des éprouvettes ......................................................................................................................................... 9

7 Mode opératoire.................................................................................................................................................................................................... 9

7.1 Atmosphère d’essai ............................................................................................................................................................................. 9

7.2 Détermination de l’épaisseur de l’éprouvette .............................................................................................................. 9

7.3 Vitesse d’essai .......................................................................................................................................................................................... 9

7.4 Collecte des données .......................................................................................................................................................................... 9

7.5 Fin de l’essai ...........................................................................................................................................................................................10

7.6 Mode de défaillance .........................................................................................................................................................................11

8 Calcul et expression des résultats ...................................................................................................................................................12

9 Rapport d’essai ....................................................................................................................................................................................................13

Bibliographie ...........................................................................................................................................................................................................................14

© ISO 2018 – Tous droits réservés iii
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ISO 20337:2018(F)
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 attirée 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 nature volontaire des normes, 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’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles

techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: www .iso .org/iso/fr/avant -propos .html.

Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 61, Plastiques, sous-comité SC 13,

Composites et fibres de renforcement.

Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent

document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes

se trouve à l’adresse www .iso .org/fr/members .html.
iv © ISO 2018 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 20337:2018(F)
Introduction

La méthode d’essai décrite dans le présent document fait appel à un châssis de cisaillement pour

introduire une charge de cisaillement pure dans la zone libre des éprouvettes. Les bords des éprouvettes

sont serrés uniformément pendant le mode opératoire d’essai pour éviter les effets de rotation des

fibres et de redistribution de la charge. Cela permet d’obtenir la résistance ultime au cisaillement des

matériaux présentant un cisaillement/allongement élevé même à des déformations au cisaillement

supérieures à 5 %, qui est la limite en cas d’utilisation de l’ISO 14129 ou d’autres normes pour les

méthodes d’essai de cisaillement dans le plan des composites plastiques renforcés de fibres.

© ISO 2018 – Tous droits réservés v
---------------------- Page: 5 ----------------------
NORME INTERNATIONALE ISO 20337:2018(F)
Composites plastiques renforcés de fibres — Méthode
d'essai de cisaillement à l'aide d'un châssis de cisaillement
pour la détermination de la contrainte de cisaillement /
déformation au cisaillement dans le plan et du module de
cisaillement
1 Domaine d’application

Le présent document spécifie une méthode utilisant un appareillage d’essai de cisaillement pour mesurer

la contrainte de cisaillement/déformation au cisaillement dans le plan, le module de cisaillement et la

résistance au cisaillement des matériaux composites plastiques renforcés de fibres continues avec une

orientation des fibres de 0° et 0°/90°.

Cette méthode est applicable aux stratifiés à matrice thermodurcie et thermoplastique constitués de

couches unidirectionnelles/non-tissés et/ou tissus, y compris tissus unidirectionnels, avec les fibres

orientées à 0° et 0°/90° par rapport à l’axe de l’éprouvette, dans lesquels l’assemblage est symétrique et

équilibré par rapport au plan médian de l’éprouvette.

Cette méthode convient pour déterminer les propriétés de cisaillement à la fois dans la plage

de déformation de la charge linéaire et non linéaire, même à des déformations au cisaillement

supérieures à 5 %.

Les composites plastiques renforcés de fibres courtes et longues peuvent également être soumis à

l’essai selon le présent document.
2 Références normatives

Les documents suivants cités dans le texte constituent, pour tout ou partie de leur contenu, des

exigences du présent document. 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 291, Plastiques — Atmosphères normales de conditionnement et d'essai

ISO 1268 (toutes les parties), Plastiques renforcés de fibres — Méthodes de fabrication de plaques d’essai

ISO 2818, Plastiques — Préparation des éprouvettes par usinage

ISO 2602, Interprétation statistique de résultats d'essais — Estimation de la moyenne — Intervalle de

confiance

ISO 7500-1, Matériaux métalliques — Étalonnage et vérification des machines pour essais statiques

uniaxiaux — Partie 1: Machines d'essai de traction/compression — Étalonnage et vérification du système

de mesure de force

ISO 12781-1, Spécification géométrique des produits (GPS) — Planéité — Partie 1: Vocabulaire et

paramètres de planéité
3 Termes et définitions

Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s’appliquent.

© ISO 2018 – Tous droits réservés 1
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO 20337:2018(F)

L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en

normalisation, consultables aux adresses suivantes:

— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https: //www .iso .org/obp

— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http: //www .electropedia .org/
3.1
plan
plan formé par les axes de coordonnées 1 et 2
Note 1 à l'article: Voir la Figure 2.
3.2
contrainte de cisaillement dans le plan

contrainte obtenue en divisant la charge de traction instantanée s’exerçant sur le châssis de cisaillement

par l’aire de la section transversale de l’éprouvette
Note 1 à l'article: Voir aussi 8.1.

Note 2 à l'article: La contrainte de cisaillement dans le plan est exprimée en MPa.

3.3
résistance au cisaillement dans le plan
12M
valeur maximale de la contrainte de cisaillement
Note 1 à l'article: Voir aussi 8.2.

Note 2 à l'article: La résistance au cisaillement dans le plan est exprimée en MPa.

3.4
déformation au cisaillement

somme des composantes individuelles de la déformation au cisaillement totale de l’éprouvette

Note 1 à l'article: Voir aussi 8.3.
3.5
module de cisaillement dans le plan
module sécant dans le plan

différence des contraintes de cisaillement τ ′′ et τ ′ divisée par la différence des déformations au

12 12
′′ ′
cisaillement correspondantes γ =0,005 et γ =0,001
12 12
Note 1 à l'article: Voir aussi 8.4 et la Figure 4.
Note 2 à l'article: Le module de cisaillement dans le plan est exprimé en MPa.
3.6
direction de l’axe de coordonnées 1
<éprouvette> direction parallèle à l’axe de chargement de la machine d’essai

Note 1 à l'article: Les fibres orientées selon un angle de 0° sont dans cette direction.

Note 2 à l'article: Voir la Figure 2 et la Figure 3.
2 © ISO 2018 – Tous droits réservés
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ISO 20337:2018(F)
3.7
direction de l’axe de coordonnées 2

<éprouvette> direction perpendiculaire à l’axe de chargement de la machine d’essai

Note 1 à l'article: Les fibres orientées selon un angle de 90° sont dans cette direction.

Note 2 à l'article: Voir la Figure 2 et la Figure 3.
4 Principe

Une éprouvette carrée, avec des angles renfoncés et des fibres de renfort orientées à 0° et 0°/90° par

rapport à l’axe de l’éprouvette, est maintenue dans un châssis de cisaillement et est soumise à une

charge de cisaillement pure. Pour déterminer le module de cisaillement et la résistance au cisaillement,

la charge de traction qui s’exerce sur le châssis de cisaillement et la déformation au cisaillement associée

sont mesurées.

Avec cette méthode, une éprouvette est mise dans un état de cisaillement pur, ce qui permet de réaliser

l’essai sans interférence par des contraintes de cisaillement ou autres superposées, et, par conséquent,

de s’assurer que les caractéristiques du matériau sont déterminées de manière reproductible.

L’éprouvette est fixée sur tous ses côtés par un dispositif qui exerce une pression uniforme et

repr
...

Questions, Comments and Discussion

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