ISO 26203-2:2011

Metallic materials — Tensile testing at high strain rates — Part 2: Servo-hydraulic and other test systems

ISO 26203-2:2011 gives requirements for the testing of metallic materials. Only examples for testing flat geometries are given; however, other geometries can be tested. The area of application spans a range of strain rates from 10-2 s-1 to 103 s-1. Tests are carried out between 10 °C and 35 °C and, unless otherwise specified, using a servo-hydraulic-type test system.

Matériaux métalliques — Essai de traction à vitesses de déformation élevées — Partie 2: Systèmes d'essai servo-hydrauliques et autres systèmes d'essai

L'ISO 26203-2:2011 spécifie les exigences pour les essais réalisés sur des matériaux métalliques. Seuls des exemples pour les essais sur des éprouvettes plates sont donnés; cependant, d'autres géométries peuvent être essayées. Le domaine d'application couvre une plage de vitesses de déformation comprise entre 10-2 s-1 et 103 s-1. Les essais doivent être réalisés, sauf spécification contraire, entre 10 °C et 35 °C, à l'aide d'un système d'essai de type servo-hydraulique.

General Information

• Status: Published
• Publication Date: 09-Oct-2011
• ICS: 77.040.10 - Mechanical testing of metals
• Technical Committee: ISO/TC 164/SC 1 - Uniaxial testing
• Drafting Committee: ISO/TC 164/SC 1 - Uniaxial testing
• Current Stage: 9093 - International Standard confirmed
• Completion Date: 12-May-2023

Standards Content (Sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 26203-2
First edition
2011-10-15
Corrected version
2012-03-15
Metallic materials — Tensile testing at
high strain rates —
Part 2:
Servo-hydraulic and other test systems
Matériaux métalliques — Essai de traction à vitesses de déformation
élevées — Partie 2: Systèmes d’essai servo-hydrauliques et autres
systèmes d’essai
Reference number
ISO 26203-2:2011(E)
©
ISO 2011

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ISO 26203-2:2011(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
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Published in Switzerland
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ISO 26203-2:2011(E)
Contents Page
Foreword .iv
Introduction . v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Symbols . 1
5 Principle . 3
6 Apparatus . 3
7 Test pieces . 3
7.1 Test piece geometry . 3
7.2 Preparation of test pieces . 4
8 Procedure and measurements . 5
8.1 Velocity selection . 5
8.2 Force measurement . 5
8.3 Extension measurement . 6
8.4 Data acquisition . 6
9 Evaluation of tests . 6
9.1 Stress-strain curve . 6
9.2 Determination of key values . 7
9.3 Strain rates . 7
9.4 Determination of flow curves . 8
10 Test report . 9
Annex A (informative) Testing equipment .10
Annex B (informative) Examples of test piece geometries .12
Annex C (informative) Example of an engineering stress-strain curve .14
Bibliography .15
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ISO 26203-2:2011(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.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
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.
ISO 26203-2 was prepared by Technical Committee ISO/TC 164, Mechanical testing of metals, Subcommittee
SC 1, Uniaxial testing.
ISO 26203 consists of the following parts, under the general title Metallic materials — Tensile testing at high
strain rates:
— Part 1: Elastic-bar-type systems
— Part 2: Servo-hydraulic and other test systems
This corrected version of ISO 26203-2:2011 incorporates the following correction:
— Figure A.2 a) The figure missing above Example 1 has been added.
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ISO 26203-2:2011(E)
Introduction
The deformation behaviour of many technical materials shows a positive strain-rate effect up to ductile failure,
i.e. with increasing strain rate, an increase of yield stress and strain to failure can be observed. This information
is of great importance for the reliable assessment of crashworthiness of automobile structures, which is
increasingly determined by numerical methods to minimize the need for cost-intensive and time-consuming
crash tests. For the numerical simulation of crash-type loads, stress-strain curves determined at higher strain
rates are required. The quasi-static values determined according to ISO 6892-1, i.e. strain rates lower than or
−1
equal to 0,008 s , are not suitable for the description of the behaviour of the material of a component under
dynamic load, i.e. at strain rates higher than those in quasi-static tests.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 26203-2:2011(E)
Metallic materials — Tensile testing at high strain rates —
Part 2:
Servo-hydraulic and other test systems
1 Scope
This part of ISO 26203 gives requirements for the testing of metallic materials. Only examples for testing flat
geometries are given; however, other geometries can be tested. The area of application spans a range of strain
−2 −1 3 −1
rates from 10 s to 10 s . Tests are carried out between 10 °C and 35 °C and, unless otherwise specified,
using a servo-hydraulic-type test system.
−2 −1
NOTE 1 Measurements at strain rates lower than 10 s can be performed using machines designed for quasi-
static testing.
NOTE 2 For test piece geometries other than those shown in 7.1 and Annex B, see ESIS P7 (Reference [1]) and
FAT Guideline (Reference [2]).
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application 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 6892-1, Metallic materials — Tensile testing — Part 1: Method of test at room temperature
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 6892-1 apply.
4 Symbols
For the purposes of this document, the symbols given in ISO 6892-1 apply. Additional symbols, units and
descriptions are provided in Table 1.
Table 1 — Symbols
Symbol Unit Description
Test piece
a mm Original thickness of a flat test piece
o
b mm Original width of the parallel length of a flat test piece
o
b mm Width(s) of the clamping area of the test piece
k
L mm Original gauge length
o
L mm Parallel length
c
L mm Extensometer gauge length
e
r mm Transition radius
2
S mm Original cross-sectional area of the parallel length
o
2
S mm Dynamometer area: area on the fixed side of the test piece where only elastic
D
deformations are required during the test
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ISO 26203-2:2011(E)
Table 1 (continued)
Symbol Unit Description
Time
t
s Time
t s Duration from beginning of test to moment of fracture initiation
f
Elongation
A % Percentage elongation after fracture
NOTE For non-proportional test pieces, the symbol A is supplemented by a subscript, which
shows the original gauge length, in millimetres, e.g. A = percentage elongation after fracture
20 mm
with an original gauge length L = 20 mm.
o
Extension
A % Percentage plastic extension at maximum force, F
g m
(plastic strain at maximum force, F )
m
A % Percentage total extension at maximum force, F
gt m
(total strain at maximum force, F )
m
Strain
e(t) % Time-dependent engineering strain
e % Plastic engineering strain
pl
e % Total engineering strain
t
ε True plastic strain
pl
ε True total strain
t
Rates
−1
v mm s Initial displacement rate
o
−1
 s Nominal engineering strain rate = v /L [Equation (1)]
e o c
nom
−1
e s Mean engineering strain rate = A/t [Equation (4)]
f
mean
−1
et()
s Time-dependent engineering strain rate = de(t)/dt
−1
s Mean value of the time-dependent engineering strain rate: de(t)/dt in the range between
e
pl
start of yield or 1 % strain and strain at maximum force [Equation (5)]
f Hz Upper frequency limit of the relevant measuring system (force or extension)
u
Force
F N Maximum force
m
Engineering stress — True stress
a
R MPa Engineering stress
σ MPa True stress
Yield strength — Proof strength — Tensile strength
R MPa Lower yield strength
eL
R MPa Proof strength, plastic extension
p
R MPa Tensile strength
m
Modulus of elasticity — Slope of stress-strain curve
E
MPa Modulus of elasticity
b
m MPa Slope of the elastic part of the stress-strain curve
E
a 2
1 MPa = 1 N/mm .
b
In the elastic part of the stress-strain curve the value of the slope can closely agree with the value of the modulus of elasticity if
optimal conditions (high resolution, double-sided averaging extensometers, proper alignment of the test piece, etc.) are used.
2 © ISO 2011 – All rights reserved

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ISO 26203-2:2011(E)
5 Principle
The stress-strain characteristics of metallic materials at specific plastic strain rates are determined.
To perform tension tests at strain rates above those described in ISO 6892-1, the measurement of force and
elongation of the original gauge length, L , shall meet additional requirements in order to obtain reliable high-rate
o
stress-strain curves. This part of ISO 26203 describes the requirements for determining and evaluating the
3 −1
stress and strain in force equilibrium during plastic deformation at strain rates up to 10 s .
6 Apparatus
Testing machines in conformity with this part of ISO 26203 work on the principle that the kinetic energy required
for the test is applied on the impact (or loading) side of the test piece (see Figure A.1). The load cell is located
at the opposite end of the test piece, which is fixed or restrained in a clamp/grip (see Figure A.1). Loading at
high strain rates is preferably impact-like and, therefore, often does not allow a fixed coupling of the test piece
to the testing machine. All testing machines that permit a constant strain rate (within certain bounds; see 9.3)
during the entire test are suitable for testing.
The most common high-rate testing machine applicable to this part of ISO 26203 utilizes a servo-hydraulic drive
fitted with a slack adapter (see Reference [3]). Other systems, which may include, for example, flywheel impactors
and drop towers, may be used on condition that the requirements given in this part of ISO 26203 are met.
An axial-symmetric parallel alignment of the test pieces in the load train shall be verified in order to prevent
bending moments. The alignment of the load train elements may be performed in accordance with ASTM E1012
(see Reference [4]).
From a mechanical point of view, the load train should be compact and easy to manage. This enables the load
train to attain short acceleration times while also maintaining the natural frequency of the clamping and load
cell system at as high a level as possible.
7 Test pieces
7.1 Test piece geometry
Flat tensile test pieces are used for the dynamic testing of sheet materials. The strain rate developed in the test
piece gauge length is dependent on both the applied displacement rate and the parallel length of the reduced
section in the test piece. A test piece with a shorter parallel length enables higher strain rates. However, a
parallel length, L , shall be maintained so that the original gauge length, L , is in a state of uniaxial stress (see
c o
Figure 1). Therefore, the recommended sizes of the parallel length, L , the width, b , the thickness, a , and the
c o o
transition radius, r, for the test piece are as follows:
— Lb/ ≥ 2
oo
— LL≥+b /2
co o
— ba/ ≥ 2
oo
— bb/,″ 05
ok
— r≥ 10 mm
Here b is the width of the clamping area.
k
Frequently used test piece dimensions based on ISO 6892-1 are given as examples in Annex B. Other
geometries of test pieces (e.g. ISO 26203-1, ESIS P7 and FAT guideline) may be applied if agreed upon
between the interested parties.
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ISO 26203-2:2011(E)
Key
1 strain gauge
a original thickness
o
b original width of the parallel length
o
b width of the clamping area
k
L parallel length
c
L extensometer gauge length
e
L original gauge length
o
r transition radius
Figure 1 — Characteristic test piece dimensions
3 −1
NOTE In order to reach force equilibrium at low strain (beginning of the test) for high strain rates up to 10 s , it is
important to choose an appropriate length for the test piece.
The ends of the test pieces are designed to fit the available machine clamping devices. The dimensions of the
ends of the test pieces shall be designed such that only elastic deformation takes place within the sample ends
during the test.
Force measurement using strain gauges attached to the test piece (see Figure 1) requires a dynamometer
zone (see References [1] and [5]). The dynamometer zone is located at the fixed or restrained end of the test
piece. No plastic deformation is permissible in the dynamometer zone.
The test piece design should be validated prior to high-strain-rate testing. Validation can typically involve
conducting quasi-static tests on high rate test pieces within the strain rate limit permitted in ISO 6892-1. The
material properties derived from these tests should be compared with the data derived using the test piece
design, test procedure and test machine in accordance with ISO 6892-1.
7.2 Preparation of test pieces
The instructions and comments for the manufacture of flat tensile test pieces in ISO 6892-1:2009, Annex B, shall
be followed. In addition, special care should be taken to prevent strain hardening at the cut edges. Spark erosion,
water jet cutting, high-speed machining or other processes which mitigate the development of strain-hardened
edges, surface roughness and test piece distortion are recommended. The surfaces of the sheet samples should
remain in the original, as-received condition. The surface roughness of the cut edges shall be minimized.
4 © ISO 2011 – All rights reserved

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ISO 26203-2:2011(E)
8 Procedure and measurements
8.1 Velocity selection
The velocity of the actuator is selected prior to a high-strain-rate test to achieve the desired strain rate in the
parallel length of the test piece. An initial displacement rate of v permits the estimation of the achievable
o
nominal engineering strain rate using Equation (1):
ev = / L (1)
nom oc
where L is the parallel length of the test piece.
c
The strain rate recorded during a test deviates from the estimated value (see 9.3) due to the compliance in the
loading train.
NOTE For drop towers, the speed is determined by a calculation based on the drop height.
The material behaviour is governed by the strain rate in the parallel length of the test piece during the test.
Therefore, the purpose of the test procedure is to conduct a test with a constant strain rate in the parallel length
of the test piece (see 9.3) and not necessarily a constant velocity of the actuator.
8.2 Force measurement
The natural frequency of piezo-electric load cells is typically high enough for an accurate force measurement at
−1
lower strain rates. For strain rates greater than approximately 50 s , it is recommended that force be measured
either by strain gauges in a test piece area subjected to purely elastic deformation (dynamometer zone; see
Figure 1) or by means of a local dynamometer, such as a strain gauge placed on a grip (see References [2],
[6], [7] and [8]).
Spontaneous transfer of force into a test piece at high strain rate causes the test piece and parts of the
testing machine to oscillate increasingly as the displacement rate grows. These oscillations can be either of a
longitudinal or of a bending type. They are recorded as oscillations superposed to the force signal and thus in
the stress-strain curve. The inherent material deformation behaviour can be observed as phenomena similar
to “force oscillations” (discontinuous yielding associated with Lüders band propagation, dynamic strain ageing,
deformation twinning, etc,).
Prevention or at least reduction of oscillations in the force signal is an important criterion when selecting the
dynamometric procedure. In general, it can be ascertained that the further the force is measured outside the
gauge length and/or the higher the velocity of the actuator is, the greater are the oscillations.
It can be advantageous to apply a strain gauge on each side of the test piece to determine the proportion of
oscillations resulting from bending effects. Each signal is analysed separately in order to assess any bending
component. The use of damping elements in the load train in order to minimize oscillations should be carried out
with care. Damping re
...

NORME  ISO
INTERNATIONALE 26203-2
Première édition
2011-10-15
Matériaux métalliques — Essai de
traction à vitesses de déformation
élevées —
Partie 2:
Systèmes d’essai servo-hydrauliques et
autres systèmes d’essai
Metallic materials — Tensile testing at high strain rates — Part 2: Servo-
hydraulic and other test systems
Numéro de référence
ISO 26203-2:2011(F)
©
 ISO 2011

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ISO 26203-2:2011(F)
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
©  ISO 2011
Droits de reproduction réservés. Sauf prescription différente, 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 et les microfilms, sans l’accord écrit
de l’ISO à l’adresse ci-après ou du comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
ISO copyright office
Case postale 56 • CH-1211 Geneva 20
Tel. + 41 22 749 01 11
Fax + 41 22 749 09 47
E-mail [e-mail]
Web www.iso.org
Publié en Suisse
ii © ISO 2011 – Tous droits réservés

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ISO 26203-2:2011(F)
Sommaire Page
Avant-propos . iv
Introduction . .v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Symboles . 1
5 Principe . 3
6 Appareillage . 3
7 Éprouvettes . 4
7.1 Géométrie des éprouvettes . 4
7.2 Préparation des éprouvettes . 5
8 Mode opératoire et mesurages . 5
8.1 Choix de la vitesse . 5
8.2 Mesurage de la force . 5
8.3 Mesurage de l’extension . 6
8.4 Acquisition des données . 7
9 Évaluation des essais . 7
9.1 Courbe contrainte-déformation . 7
9.2 Détermination des valeurs clés . 8
9.3 Vitesses de déformation . 8
9.4 Détermination des courbes d’écoulement . 9
10 Rapport d’essai .10
Annexe A (informative) Appareillage d’essai . 11
Annexe B (informative) Exemples de géométries d’éprouvettes .13
Annexe C (informative) Exemple de courbe contrainte conventionnelle-déformation conventionnelle .15
Bibliographie .16
© ISO 2011 – Tous droits réservés  iii

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ISO 26203-2:2011(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 (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d’élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l’approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
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.
L’ISO 26203-2 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 164, Essais mécaniques des métaux, sous-comité
SC 1, Essais uniaxiaux.
L’ISO 26203 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Matériaux métalliques — Essai
de traction à vitesses de déformation élevées:
—  Partie 1: Systèmes de type à barre élastique
—  Partie 2: Systèmes d’essai servo-hydrauliques et autres systèmes d’essai
iv © ISO 2011 – Tous droits réservés

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ISO 26203-2:2011(F)
Introduction
Le comportement en déformation de nombreux matériaux techniques présente un effet positif de la vitesse
de déformation jusqu’à la rupture ductile, c’est-à-dire qu’avec une vitesse de déformation croissante, une
augmentation de la limite d’élasticité et de la déformation à la rupture peut être observée. Cette information
revêt une grande importance pour l’évaluation fiable du comportement au choc de structures automobiles
dont la détermination fait de plus en plus appel aux méthodes numériques afin de réduire le plus possible le
recours à des essais de choc qui sont très coûteux et gourmands en temps. Pour la simulation numérique des
charges de type choc, des courbes contrainte-déformation déterminées à des vitesses de déformation plus
élevées sont nécessaires. Les valeurs quasi statiques déterminées conformément à l’ISO 6892-1, c’est-à-dire
−1
avec des vitesses de déformation inférieures ou égales à 0,008 s , ne sont pas adaptées à la description du
comportement du matériau d’un élément soumis à une charge dynamique, c’est-à-dire avec des vitesses de
déformation supérieures à celles des essais quasi statiques.
© ISO 2011 – Tous droits réservés  v

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NORME INTERNATIONALE ISO 26203-2:2011(F)
Matériaux métalliques — Essai de traction à vitesses de
déformation élevées —
Partie 2:
Systèmes d’essai servo-hydrauliques et autres systèmes
d’essai
1 Domaine d’application
La présente partie de l’ISO 26203 spécifie des exigences pour les essais réalisés sur des matériaux métalliques.
Seuls des exemples pour les essais sur des éprouvettes plates sont donnés; cependant, d’autres géométries
peuvent être essayées. Le domaine d’application couvre une plage de vitesses de déformation comprise entre
−2 −1 3 −1
10  s  et 10 s . Les essais doivent être réalisés, sauf spécification contraire, entre 10 °C et 35 °C, à l’aide
d’un système d’essai de type servo-hydraulique.
−2 −1
NOTE 1  Les mesurages pour des vitesses de déformation inférieures à 10  s  peuvent être réalisés à l’aide de
machines conçues pour des essais quasi statiques.
NOTE 2  Pour des géométries d’éprouvettes différentes de celles présentées en 7.1 et à l’Annexe B, voir ESIS P7
(Référence [1]) et la directive FAT (Référence [2]).
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l’application 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 6892-1, Matériaux métalliques — Essai de traction — Partie 1: Méthode d’essai à température ambiante
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l’ISO 6892-1 s’appliquent.
4 Symboles
Pour les besoins du présent document, les symboles donnés dans l’ISO 6892-1 s’appliquent. Des symboles,
unités et désignations supplémentaires sont donnés dans le Tableau 1.
© ISO 2011 – Tous droits réservés  1

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ISO 26203-2:2011(F)
Tableau 1 — Symboles
Symbole Unité Description
Éprouvette
a mm Épaisseur initiale d’une éprouvette plate
o
b mm Largeur initiale de la longueur calibrée d’une éprouvette plate
o
b mm Largeur(s) de la surface de serrage de l’éprouvette
k
L mm Longueur initiale entre repères
o
L mm Longueur calibrée
c
L mm Longueur de base de l’extensomètre
e
r
mm Rayon du congé raccordement
2
S mm Aire initiale de la section transversale de la longueur calibrée
o
2
S mm Aire de la zone réservée au dynamomètre: aire sur la face de l’éprouvette fixée dans les
D
mâchoires pour laquelle seules des déformations élastiques sont requises lors de l’essai
Temps
t
s Temps
t s Durée comprise entre le début de l’essai et le moment d’amorçage de la rupture
f
Allongement
A % Allongement pour cent après rupture
NOTE  Dans le cas d’éprouvettes non proportionnelles, le symbole A est complété d’un indice
qui indique la longueur initiale entre repères, en millimètres, par exemple: A  = allongement pour
20 mm
cent après rupture avec une longueur initiale entre repères L = 20 mm.
o
Extension
A % Extension plastique pour cent à la force maximale, F
g m
(déformation plastique à la force maximale, F )
m
A % Extension totale pour cent à la force maximale, F
gt m
(déformation totale à la force maximale, F )
m
Déformation
e(t) % Déformation conventionnelle en fonction du temps
e % Déformation plastique conventionnelle
pl
e % Déformation conventionnelle totale
t
ε Déformation plastique vraie
pl
ε Déformation vraie totale
t
Vitesses
−1
v mm s Vitesse de déplacement initiale
o
−1

e s Vitesse nominale de déformation conventionnelle = v/L [Équation (1)]
o c
nom
−1

e s Vitesse moyenne de déformation conventionnelle = A/t [Équation (4)]
f
mean
−1

e(t) s Vitesse de déformation conventionnelle en fonction du temps = de(t)/dt
−1
e s Valeur moyenne de la vitesse de déformation conventionnelle en fonction du temps:
pl
de(t)/dt dans la plage comprise entre le début de l’écoulement ou 1 % de déformation et
la déformation à la force maximale [Équation (5)]
f Hz Limite supérieure de fréquence du système de mesure applicable (force ou déplacement)
u
Force
F N Force maximale
m
Contrainte conventionnelle — Contrainte vraie
a
R
MPa Contrainte conventionnelle
σ
MPa Contrainte vraie
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ISO 26203-2:2011(F)
Tableau 1 (suite)
Symbole Unité Description
Limite apparente d’élasticité — Limite conventionnelle d’élasticité — Résistance à la traction
R MPa Limite inférieure d’écoulement
eL
R MPa Limite conventionnelle d’élasticité pour une extension plastique
p
R MPa Résistance à la traction
m
Module d’élasticité — Pente de la courbe contrainte-déformation
E
MPa Module d’élasticité
b
m MPa Pente de la partie élastique de la courbe contrainte-déformation
E
a 2
  1 MPa = 1 N/mm.
b
  Dans la partie élastique de la courbe contrainte-déformation, la valeur de la pente peut être très proche de la valeur du module
d’élasticité si des conditions optimales (haute résolution, extensomètres assurant une moyenne sur deux faces, alignement correct de
l’éprouvette, etc.) sont appliquées.
5 Principe
Les caractéristiques de contrainte-déformation des matériaux métalliques pour des vitesses de déformation
plastique spécifiques sont déterminées.
Pour réaliser des essais de traction à des vitesses de déformation plus élevées que celles décrites dans
l’ISO 6892-1, les mesurages de force et d’allongement de la longueur initiale entre repères, L, doivent
o
répondre à des exigences supplémentaires afin d’obtenir des courbes contrainte-déformation à vitesse élevée
fiables. La présente partie de l’ISO 26203 décrit les exigences pour déterminer et évaluer les contraintes et les
déformations, dans des conditions d’équilibre de la force, au cours de la déformation plastique à des vitesses
3 −1
de déformation pouvant atteindre 10 s .
6 Appareillage
Les machines d’essai conformes à la présente partie de l’ISO 26203 fonctionnent sur le principe que l’énergie
cinétique requise pour l’essai est appliquée à l’éprouvette du côté de l’impact (ou du chargement) (voir
Figure A.1). La cellule de force se trouve à l’extrémité opposée de l’éprouvette qui est fixée ou maintenue dans
les mâchoires (voir Figure A.1). Le chargement à des vitesses élevées de déformation est de préférence de
type impact; de ce fait, il ne permet pas, souvent, un couplage fixe de l’éprouvette à la machine d’essai. Toutes
les machines d’essai autorisant une vitesse de déformation constante (comprise dans certaines limites; voir
9.3) pendant l’intégralité de l’essai conviennent pour les essais.
Les machines d’essai à vitesse élevée les plus communes, applicables pour la présente partie de l’ISO 26203,
utilisent un système de pilotage servo-hydraulique muni d’un adaptateur de jeu (voir Référence [3]). D’autres
systèmes, qui peuvent inclure des machines d’impact à volant et tours à chute, peuvent être utilisés à condition
que les exigences données dans la présente partie de l’ISO 26203 soient satisfaites.
Un alignement parallèle axisymétrique des éprouvettes dans le système de mise en charge doit être vérifié afin
d’empêcher les moments de flexion. L’alignement des éléments du système de mise en charge peut être réalisé
conformément à l’ASTM E1012 (voir Référence [4]).
D’un point de vue mécanique, il convient que le système de mise en charge soit compact et facile à gérer.
Cela permet d’obtenir des temps d’accélération courts pour le système de mise en charge tout en conservant
la fréquence propre du système de serrage et du système de cellule de mesure de la force la plus élevée
possible.
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ISO 26203-2:2011(F)
7 Éprouvettes
7.1 Géométrie des éprouvettes
Des éprouvettes plates pour essais de traction sont utilisées pour les essais dynamiques réalisés sur des
matériaux en feuilles. La vitesse de déformation développée dans la longueur entre repères de l’éprouvette
dépend de la vitesse de déplacement appliquée et de la longueur calibrée de section réduite de l’éprouvette. Une
éprouvette avec une longueur calibrée plus petite permet d’atteindre des vitesses de déformation plus élevées.
Toutefois, une longueur calibrée, L, doit être conservée de façon que la longueur initiale entre repères, L,
c o
soit soumise à une contrainte uniaxiale (voir Figure 1). Par conséquent, les dimensions recommandées pour
la longueur calibrée, L, la largeur, b, l’épaisseur de l’éprouvette, a et le rayon du congé de raccordement, r,
c o o
de l’éprouvette sont les suivantes:
—  L /b ≥ 2
o o
—  L ≥ L +b /2
c o o
—  b /a ≥ 2
o o
—  b /b ≤ 0,5
o k
—  r≥10 mm
Ici, b désigne la largeur de la zone de serrage.
k
Des dimensions d’éprouvettes fréquemment utilisées sur la base de l’ISO 6892-1 sont données à titre d’exemples
dans l’Annexe B. D’autres géométries d’éprouvettes (par exemple ISO 26203-1, ESIS P7 et directive FAT)
peuvent être appliquées si celles-ci font l’objet d’un accord entre les parties intéressées.
Légende
1  jauge de déformation
a  épaisseur initiale
o
b  largeur initiale de la longueur calibrée
o
b  largeur de la surface de serrage
k
L  longueur calibrée
c
L  longueur de base de l’extensomètre
e
L  longueur initiale entre repères
o
r  rayon du congé de raccordement
Figure 1 — Dimensions caractéristiques de l’éprouvette
NOTE  Afin de parvenir à un équilibre des forces pour une déformation faible (début de l’essai) pour des vitesses de
3 −1
déformation élevées pouvant atteindre 10 s , il est important de choisir une longueur appropriée d’éprouvette.
Les extrémités des éprouvettes sont conçues pour s’adapter aux dispositifs existants de serrage des machines.
Les dimensions des extrémités des éprouvettes doivent être telles que seule une déformation élastique se
produise au niveau des extrémités de l’échantillon lors de l’essai.
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ISO 26203-2:2011(F)
Un mesurage de la force au moyen de jauges de déformation fixées sur l’éprouvette (voir Figure 1) nécessite
une zone réservée au dynamomètre (voir Références [1] et [5]). La zone réservée au dynamomètre est située
dans la partie de l’extrémité de l’éprouvette qui est fixée ou maintenue. Aucune déformation plastique n’est
permise dans la zone réservée au dynamomètre.
Il convient de valider la conception de l’éprouvette avant des essais à vitesse de déformation élevée. La
validation peut typiquement comporter la réalisation d’essais quasi statiques sur des éprouvettes destinées à
des essais à vitesse élevée dans les limites de vitesse de déformation permises dans l’ISO 6892-1. Il convient
de comparer les caractéristiques du matériau déduites de ces essais à celles obtenues à l’aide d’une conception
d’éprouvette, d’un mode opératoire et d’une machine d’essai conformes à l’ISO 6892-1.
7.2 Préparation des éprouvettes
Les instructions et les commentaires relatifs à la fabrication des éprouvettes plates de traction dans
l’ISO 6892-1:2009, Annexe B, doivent être suivis. En outre, il convient de veiller tout particulièrement à éviter
un écrouissage des bords découpés. L’électroérosion, la découpe au jet d’eau, l’usinage à grande vitesse ou
d’autres procédés réduisant le plus possible les bords écrouis, la rugosité de surface et la déformation des
éprouvettes sont recommandés. Il convient de conserver les surfaces des échantillons prélevés dans des
feuilles dans leur état brut de réception. La rugosité de surface des bords découpés doit être minimisée.
8 Mode opératoire et mesurages
8.1 Choix de la vitesse
Avant de réaliser un essai à vitesse de déformation élevée, la vitesse d’essai est choisie pour obtenir la vitesse
de déformation souhaitée dans la longueur calibrée de l’éprouvette. Une vitesse initiale de déplacement,
v, permet d’estimer la vitesse nominale de déformation conventionnelle pouvant être obtenue à l’aide de
o
l’Équation (1):

e = v /L   (1)
nom o c
où L est la longueur calibrée de l’éprouvette.
c
Du fait de la compliance du système de mise en charge, la vitesse de déformation enregistrée au cours d’un
essai s’écarte de la valeur estimée (voir 9.3).
NOTE  Pour les tours à chute, la vitesse est déterminée par un calcul effectué sur la base de la hauteur de chute.
Le comportement des matériaux est gouverné par la vitesse de déformation dans la longueur calibrée de
l’éprouvette pendant l’essai. Par conséquent, le mode opératoire d’essai a pour objectif de réaliser un essai à
vitesse de déformation constante dans la longueur calibrée de l’éprouvette (voir 9.3) et pas nécessairement à
une vitesse constante du vérin.
8.2 Mesurage de la force
La fréquence propre des cellules de mesure de la force piézo-électriques est typiquement assez élevée
pour une mesure précise de la force à de faibles vitesses de déformation. Pour des vitesses de déformation
−1
supérieures à approximativement 50 s , il est recommandé de mesurer la force soit avec des jauges de
déformation dans une zone de l’éprouvette soumise à une déformation purement élastique (zone réservée au
dynamomètre; voir Figure 1) ou au moyen d’un dynamomètre tel qu’une jauge de déformation placée sur une
mâchoire (voir Références [2], [6], [7] et [8]).
Un transfert spontané de la force dans l’éprouvette à une vitesse de déformation élevée provoque une oscillation
de l’éprouvette et des éléments de la machine d’essai qui croît à mesure que la vitesse de déplacement
augmente. Il peut s’agir d’oscillations longitudinales ou d’oscillations en flexion. Elles sont enregistrées
comme des oscillations superposées au signal de force et de ce fait dans la courbe contrainte-déformation.
Le comportement de déformation inhérent au matériau peut se présenter sous la forme de phénomènes
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ISO 26203-2:2011(F)
similaires à des «oscillations de la force» (écoulement discontinu associé à la propagation de bandes de
Lüders, vieillissement dynamique en déformation, dédoublement de la déformation, etc.).
La prévention ou au moins la réduction des oscillations dans le signal de force constitue un critère important
lors du choix du mode opératoire de mesure de la force. En général, il est possible d’affirmer que plus la
force est mesurée en dehors de la longueur entre repères et/ou plus la vitesse du vérin est élevée, plus les
oscillations seront importantes.
Afin de déterminer la proportion d’oscillations provoquées par les effets de flexion, il peut être avantageux
d’appliquer une jauge de déformation sur chacune des faces de l’éprouvette. Chaque signal est analysé
séparément afin d’évaluer tout composant de flexion. Il convient que la mise œuvre de dispositifs amortisseurs
dans le système de mise en charge pour réduire au minimum les oscillations soit effectuée avec précaution.
L’amortissement réduit la vitesse de déformation au début de l’essai, ce qui à son tour peut avoir une influence
sur la limite apparente d’élasticité.
Il convient d’étalonner le dynamomètre convenablement. Les éprouvettes équipées de jauges de déformation
peuvent être étalonnées de manière quasi statique. À cet effet, une éprouvette est soumise à une force
correspondant au maximum à deux tiers de la limite apparente d’élasticité ou de la limite conventionnelle
d’élasticité afin de déterminer le facteur d’étalonnage. D’autres méthodes d’étalonnage des forces sont décrites
dans les Références [2], [9] et [10].
−1
Pour les essais réalisés à des vitesses de déformation inférieures à 10 s , la limite supérieure de fréquence,
f (−3dB), doit être au moins égale à 10 kHz. Pour des vitesses de déformation supérieures, l’Équation (2)
u
s’applique conformément à ESIS P7 (voir Référence [1]):
f ≥1000×e  (2)
u
où
f  est la limite supérieure de fréquence du système de mesure de la force;
u

e  est la vitesse de déformation.
8.3 Mesurage de l’extension
Divers systèmes de mesure sont utilisés pour effectuer un mesurage fiable de l’extension dans la zone de la
longueur initiale entre repères. En général, des extensomètres mécaniques à pinces peuvent être utilisés pour
−1 −1
des vitesses de déformation jusqu’à environ 1 s . Pour des vitesses de déformation supérieures à 1 s , les
extensomètres mécaniques à pinces doivent être remplacés par des systèmes de mesurage sans inertie, par
exemple des jauges de déformation, des extensomètres électro-optiques, des systèmes de mesure à laser ou
un système de photographie ultra-rapide.
NOTE  Il est déconseillé de procéder à la détermination de la déformation par le déplacement du vérin, par exemple
mesurage avec un LVDT (capteur différentiel à variation linéaire) ou par d’autres mesurages, en dehors de la longueur
initiale entre repères, L. Ils ne peuvent être utilisés que si la raideur de la machine et des éléments de son système de
o
mise en charge a été convenablement prise en compte.
Il est souhaitable de réaliser l’intégralité de l’essai en utilisant une seule technique de mesurage. Si cela n’est
pas possible, ou si une plus grande précision de mesure est requise, il est possible de combiner certaines
techniques entre elles. Pour les essais dans la plage de déformations uniformes, il est autorisé d’utiliser
une longueur de base initiale de l’extensomètre, L, plus petite que la longueur initiale entre repères, L, si
e o
le matériau présente un comportement suffisamment homogène. Il est également autorisé de procéder à
l’enregistrement direct de la déformation vraie au moyen d’instruments de mesure appropriés.
L’instrument de mesure des impacts/de la déformation doit être étalonné de manière convenable.
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ISO 26203-2:2011(F)
−1
Pour les essais réalisés à une vitesse de déformation inférieure à 10 s , la limite supérieure de fréquence,
f (−3dB), doit être au moins égale à 1 kHz. Pour des vitesses de déformation plus élevées, l’Équation (3) (voir
u
Référence [1]) s’applique.
f ≥100×e  (3)
u
où
f  est la limite supérieure de fréquence du système de mesure de la force;
u
e  est la vitesse de déformation.
En principe, il est recommandé de déterminer l’allongement pour cent après rupture à partir de marquages
effectués sur l’éprouvette avant l’essai comme indiqué dans l’ISO 6892-1. Ces marquages doivent être effectués
de telle sorte qu’ils n’aient aucun effet sur le comportement en déformation.
8.4 Acquisition des données
Les données relatives à la mesure de la force et des impacts/déformations sont enregistrées avec une vitesse
d’échantillonnage égale à au moins quatre fois la fréquence limite de mesurage de la force. Ces données sont
appelées données brutes et représentent une partie fondamentale du résultat de l’essai. Pour une évaluation
ultérieure, le nombre de paires de données peut être réduit.
9 Évaluation des essais
9.1 Courbe contrainte-déformation
La force, l’extension, la déformation ainsi que la courbe contrainte-déformation doivent être déterminées de
manière similaire aux essais quasi statiques conformément à l’ISO 6892-1.
La courbe contrainte-déformation est calculée à partir des signaux initialement mesurés. Pour une évaluation
complémentaire, il est avantageux d’avoir un signal de déformation croissant de manière monotone pendant toute
la durée de l’essai. Si cela est impossible pour des raisons techniques de mesurage (par exemple perturbation
du signal), il est alors possible d’obtenir un signal monotone par le biais de divers modes opératoires, par
exemple l’application d’une méthode de moyenne glissante, la détermination d’une approximation polynomiale
ou d’une courbe spline sur une base polynomiale ou un filtre. Cependant, si d’autres facteurs liés à l’essai
ont un impact, par exemple une chute brutale de la vitesse, ces modes opératoires ne peuvent être utilisés
qu’avec parcimonie. Dans ce cas, les effets sur la variation de la vitesse de déformation au cours de l’essai
(voir 9.3) doivent être vérifiés. Il appartient à l’utilisateur des résultats d’essai d’interpréter la courbe contrainte-
déformation par rapport aux oscillations de la force.
Pour de plus amples évaluations telles que la détermination de valeurs clés et l’établissement d’une courbe
contrainte-déformation utilisable pour les calculs par la méthode des éléments finis (EF), une courbe contrainte-
déformation lissée peut être nécessaire. Celle-ci peut être obtenue par le biais de diverses méthodes telles
que l’établissement d’une moyenne glissante, la détermination d’une approximation polynomiale ou d’une
courbe spline sur une base polynomiale ou un filtre. Le choix d’une méthode de lissage dépend de diverses
conditions préalables, par exemple de la forme de la courbe, de l’amplitude des oscillations ou du nombre et
de la répartition des valeurs mesurées. En général, il doit être souligné que l’utilisation d’une telle méthode de
lissage présente un risque inhérent de perte d’informations ou d’évaluation subjective. Le rapport d’essai doit
mentionner si les données ont été filtrées ou post-traitées et indiquer le mode de filtrage et de post-traitement.
Un exemple de procédure de lissage pour filtrer les données de la cellule de mesure de la force est décrit dans
les Références [11] et [12].
NOTE  Avant le filtrage, le lissage, etc
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