Plastics — Determination of puncture impact behaviour of rigid plastics — Part 2: Instrumented impact testing

Plastiques — Détermination du comportement des plastiques rigides perforés sous l'effet d'un choc — Partie 2: Essais de choc instrumentés

La présente partie de l'ISO 6603 spécifie une méthode de détermination du comportement au choc avec perforation des plastiques rigides sous forme d'éprouvettes planes, au moyen d'instruments de mesurage des forces et des flèches. Elle s'applique si une courbe force-flèche ou force-temps, enregistrée pour une vitesse nominale constante du percuteur, est nécessaire pour obtenir une caractérisation détaillée du comportement au choc. L'ISO 6603-1 peut être utilisée lorsqu'il est suffisant de caractériser le comportement au choc des plastiques par une valeur seuil de l'énergie de rupture par choc à partir d'un grand nombre d'éprouvettes. La présente partie de l'ISO 6603 n'a pas pour but de donner une interprétation du mécanisme qui se produit en chaque point de la courbe force-flèche. Ces interprétations relèvent de la recherche scientifique. NOTE Voir également l'article 1 de l'ISO 6603-1:2000.

General Information

Status
Published
Publication Date
20-Sep-2000
Current Stage
9092 - International Standard to be revised
Start Date
16-Oct-2020
Completion Date
16-Oct-2020
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ISO 6603-2:2000 - Plastics -- Determination of puncture impact behaviour of rigid plastics
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ISO 6603-2:2000 - Plastiques -- Détermination du comportement des plastiques rigides perforés sous l'effet d'un choc
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Standards Content (sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 6603-2
Second edition
2000-10-01
Plastics — Determination of puncture
impact behaviour of rigid plastics —
Part 2:
Instrumented impact testing
Plastiques — Détermination du comportement des plastiques rigides
perforés sous l'effet d'un choc —
Partie 2: Essais de choc instrumentés
Reference number
ISO 6603-2:2000(E)
ISO 2000
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 6603-2:2000(E)
PDF disclaimer

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Printed in Switzerland
ii © ISO 2000 – All rights reserved
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 6603-2:2000(E)
Contents Page

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

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

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

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

4 Principle..........................................................................................................................................................5

5 Apparatus .......................................................................................................................................................5

6 Test specimens..............................................................................................................................................9

7 Procedure .......................................................................................................................................................9

8 Calculations..................................................................................................................................................10

9 Precision.......................................................................................................................................................12

10 Test report ....................................................................................................................................................12

Annex A (informative) Interpretation of complex force-deflection curves..........................................................14

Annex B (informative) Friction between striker and specimen ............................................................................16

Annex C (informative) Clamping of specimens......................................................................................................19

Annex D (informative) Tough/brittle transitions.....................................................................................................20

Annex E (informative) Influence of specimen thickness.......................................................................................21

Bibliography..............................................................................................................................................................23

© ISO 2000 – All rights reserved iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 6603-2:2000(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 3.

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 part of ISO 6603 may be the subject of patent

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

International Standard ISO 6603-2 was prepared by Technical Committee ISO/TC 61, Plastics, Subcommittee

SC 2, Mechanical properties.

This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 6603-2:1989), which has been technically revised.

ISO 6603 consists of the following parts, under the general title Plastics — Determination of puncture impact

behaviour of rigid plastics:
� Part 1: Non-instrumented impact testing
� Part 2: Instrumented impact testing
Annexes A to E of this part of ISO 6603 are for information only.
iv © ISO 2000 – All rights reserved
---------------------- Page: 4 ----------------------
INTERNATIONAL STANDARD ISO 6603-2:2000(E)
Plastics — Determination of puncture impact behaviour of rigid
plastics —
Part 2:
Instrumented impact testing
1 Scope

This part of ISO 6603 specifies a test method for the determination of puncture impact properties of rigid plastics, in

the form of flat specimens, using instruments for measuring force and deflection. It is applicable if a force-deflection

or force-time diagram, recorded at nominally constant striker velocity, is necessary for detailed characterization of

the impact behaviour.

ISO 6603-1 can be used if it is sufficient to characterize the impact behaviour of plastics by a threshold value of

impact-failure energy based on many test specimens.

It is not the purpose of this part of ISO 6603 to give an interpretation of the mechanism occurring on every

particular point of the force-deflection diagram. These interpretations are a task for scientific research.

NOTE See also clause 1 of ISO 6603-1:2000.
2 Normative references

The following normative documents contain provisions which, through reference in this text, constitute provisions of

this part of ISO 6603. For dated references, subsequent amendments to, or revisions of, any of these publications

do not apply. However, parties to agreements based on this part of ISO 6603 are encouraged to investigate the

possibility of applying the most recent editions of the normative documents indicated below. For undated

references, the latest edition of the normative document referred to applies. Members of ISO and IEC maintain

registers of currently valid International Standards.

ISO 2602:1980, Statistical interpretation of test results — Estimation of the mean — Confidence interval.

ISO 6603-1:2000, Plastics — Determination of puncture impact behaviour of rigid plastics — Part 1: Non-

instrumented impact testing.
3 Terms and definitions

For the purposes of this part of ISO 6603, the following terms and definitions apply.

3.1
impact velocity
velocity of the striker relative to the support at the moment of impact
NOTE Impact velocity is expressed in metres per second (m/s).
© ISO 2000 – All rights reserved 1
---------------------- Page: 5 ----------------------
ISO 6603-2:2000(E)
3.2
force
force exerted by the striker on the test specimen in the direction of impact
NOTE Force is expressed in newtons (N).
3.3
deflection

relative displacement between the striker and the specimen support, starting from the first contact between the

striker and the test specimen
NOTE Deflection is expressed in millimetres (mm).
3.4
energy

energy expended in deforming and penetrating the test specimen up to a deflection l

NOTE 1 Energy is expressed in joules (J).

NOTE 2 Energy is measured as the integral of the force-deflection curve starting from the point of impact up to a deflection l.

3.5
maximum force
maximum force occurring during the test
See Figures 1 to 4.
NOTE Maximum force is expressed in newtons (N).
3.6
deflection at maximum force
deflection that occurs at maximum force F
See Figures 1 to 4.
NOTE Deflection at maximum force is expressed in millimetres (mm).
3.7
energy to maximum force
energy expended up to the deflection l at maximum force
See Figures 1 to 4.
NOTE Energy to maximum force is expressed in joules (J).
3.8
puncture deflection
deflection at which the force has dropped to half the maximum force F
See Figures 1 to 4 and note to 3.9.
NOTE Puncture deflection is expressed in millimetres (mm).
2 © ISO 2000 – All rights reserved
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO 6603-2:2000(E)
3.9
puncture energy
energy expended up to the puncture deflection l
See Figures 1 to 4 and note 2.
NOTE 1 Puncture energy is expressed in joules (J).

NOTE 2 When testing tough materials, a transducer mounted at some distance from the impacting tip may record frictional

force acting between the cylindrical part of the striker and the punctured material. The corresponding frictional energy shall not

be included in the puncture energy, which, therefore, is restricted to that deflection, at which the force drops to half the

maximum force F .
3.10
impact failure

mechanical behaviour of the material under test which may be either one of the following types (see note):

a) YD yielding (zero slope at maximum force) followed by deep drawing

b) YS yielding (zero slope at maximum force) followed by (at least partially) stable cracking

c) YU yielding (zero slope at maximum force) followed by unstable cracking
d) NY no yielding
See Figures 1 to 4.

NOTE Comparison of Figures 2 and 3 shows puncture deflection l and puncture energy E are identical for the failure

types YS and YU. As shown in Figure 4, identical values at maximum and at puncture are found for the deflection as well as the

energy in the case of failure type YU. For complex behaviour see annex A.

Figure 1 — Example of force-deflection diagram for failure by yielding (zero slope at maximum force)

followed by deep drawing, and typical appearance of specimens after testing (with lubrication)

© ISO 2000 – All rights reserved 3
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ISO 6603-2:2000(E)

Figure 2 — Example of force-deflection diagram for failure by yielding (zero slope at maximum force)

followed by stable crack growth, and typical appearance of specimens after testing (with lubrication)

NOTE Natural vibration of the force detector can be seen after unstable cracking (striker and load cell).

Figure 3 — Example of force-deflection diagram for failure by yielding (zero slope at maximum force)

followed by unstable crack growth, and typical appearance of specimens after testing (with lubrication)

4 © ISO 2000 – All rights reserved
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ISO 6603-2:2000(E)

Figure 4 — Example of force-deflection diagram for failure without yielding followed by unstable crack

growth, and typical appearance of specimens after testing (with lubrication)
4Principle

The test specimen is punctured at its centre using a lubricated striker, perpendicularly to the test-specimen surface

and at a nominally uniform velocity. The resulting force-deflection or force-time diagram is recorded electronically.

The test specimen may be clamped in position during the test.

The force-deflection diagram obtained in these tests records the impact behaviour of the specimen from which

several features of the behaviour of the material may be inferred.
5 Apparatus
5.1 Testing device, consisting of the following essential components:
� energy carrier, which may be inertial-mass type or hydraulic type (see 5.1.1);
� striker, which shall be lubricated;
� specimen support with a recommended clamping device.

The test device shall permit the test specimen to be punctured at its centre, perpendicular to its surface at a

nominally constant velocity. The force exerted on the test specimen in the direction of impact and the deflection

from the centre of the test specimen in the direction of impact shall be derivable or measurable (see Figure 5).

5.1.1 Energy carrier, with a preferred impact velocity v of (4,4� 0,2) m/s (see 3.1 and note to 3.1). To avoid

results, which cannot be compared due to the viscoelastic behaviour of the material under impact, the decrease of

velocity during the test shall not be greater than 20 %.

NOTE For brittle materials, an impact velocity of 1 m/s may be found to be more appropriate because it reduces the level of

vibration and noise and improves the quality of the force-deflection diagram (see annex A).

5.1.1.1 Hydraulic type, consisting of a high-speed testing machine with suitable attachments.

© ISO 2000 – All rights reserved 5
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ISO 6603-2:2000(E)

Any deviation of the velocity of the striker relative to the support during impact shall be controlled, for example by

recording deflection-time curves and checking the slope.

5.1.1.2 Inertial-mass type, which may be accelerated gravitationally, spring- or pneumatically-assisted.

Suitable devices are falling-dart machines.

In the case of a gravitationally accelerated mass and neglecting frictional losses; the impact velocity v corresponds

to a drop height H of the energy carrier of (1,0� 0,1) m.

For all inertial-mass-type energy carriers the impact velocity shall be measured by velocity-measuring sensors

placed close to the point of impact. The maximum decrease of velocity during test results in the minimum mass,

m , of the carrier according to equations (1) and (2) (see note).
� 2
m W 6 E /v (1)
C 0
m W 0,31 E for v =4,4m/s (2)
C 0
where
m is the mass of the energy carrier, expressed in kilograms;
E is the highest puncture energy to be measured, expressed in joules (see 3.9);
v is the impact velocity (4,4 m/s, see 3.1).

NOTE In many cases, a weighted energy carrier with a total mass m of 20 kg has been found to be sufficient for the larger

striker and of 5 kg for the smaller striker (see 5.1.2).

5.1.2 Striker, preferably having a polished hemispherical striking surface of diameter (20,0� 0,2) mm.

Alternatively, a (10� 0,1) mm diameter striking surface may be used.

NOTE 1 The size and dimensions of the striker and condition of the surface will affect the impact results.

The striker shall be made of any material with sufficient resistance to wear and of sufficiently high strength to

prevent plastic deformation. In practice, hardened steel or materials with lower density (i.e. titanium) have been

found acceptable.

The hemispherical surface of the striker shall be lubricated to reduce any friction between the striker and the test

specimen (see note 2 and annex B).

NOTE 2 Test results obtained with a lubricated or dry striker are likely to be different. Below ambient temperatures,

condensation can act as a lubricant.

The load cell shall be located within one striker diameter from the tip of the striker, i.e. mounted as closely as

possible to the tip to minimize all extraneous forces and sufficiently near to fulfil the frequency-response

requirement (see 5.2). An example is shown in Figure 5.

5.1.3 Support ring (see Figures 5 and 6), placed on a rigid base and designed such that air can not be trapped

under the test specimen, thus avoiding a possible spring effect. Below the support ring, there shall be sufficient

space for the striker to travel after total penetration of the test specimen. The recommended inside diameter of the

support ring is (40� 2) mm, or alternatively (100� 5) mm, with a minimum height of 12 mm.

5.1.4 Base for test device, firmly mounted to a rigid structure so that the mass of the base (see Figure 5) is of

sufficient stiffness to minimize deflection of the specimen support.

When calculating the deflection from the kinetics of the accelerated mass, a minimum mass ratio m /m of 10

B C

between base (m ) and energy carrier (m ) shall be used. This prevents the base from being accelerated by more

B C

than 1 % of the impact speed up to the end of the test. For directly measured deflections, this minimum ratio is a

[5]

recommendation only. For the principles of this specification see annex B of ISO 179-2:1997 .

6 © ISO 2000 – All rights reserved
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ISO 6603-2:2000(E)
Key
1 Test specimen 5 Test specimen support
2 Hemispherical striker tip 6 Clamping ring (optional)
3 Load cell (preferred position) 7 Base
4 Shaft 8 Acoustical isolation (optional)
Figure 5 — Exampleoftestdevice
Dimensions in millimetres
Specimen Side of square or
type diameter of disc
60 140
40 � 2 100 � 5
D 60 140
D W 90 W 200
H 12 12
R 11
Key
1 Clamping ring (optional)
2 Test specimen support
Figure 6 — Clamping device (schematic)

5.1.5 Clamping device (optional), consisting of two parts, a supporting ring and a clamping ring (see Figure 6),

for annular test specimens. The recommended inside diameter of the clamping device is (40� 2) mm, alternatively

(100� 5) mm. The clamp may work by shape or by application of force to the specimen. A clamping force of 3 kN is

recommended for the latter (see note).

NOTE Pneumatically and screw-operated clamps have been successfully employed. The results obtained for clamped and

unclamped specimens are likely different (see annex C).
© ISO 2000 – All rights reserved 7
---------------------- Page: 11 ----------------------
ISO 6603-2:2000(E)
5.2 Instruments for measuring force and deflection:

5.2.1 Force measurement system, for measuring the force exerted on the test specimen. The striker may be

equipped with strain gauges or a piezoelectric load transducer which shall be placed close to the striker tip. Any

other suitable method of force measurement is also acceptable. The measuring system shall be able to record

forces with an accuracy equal to or within 1 % of the relevant peak force.

The force measurement system shall be calibrated as set-up ready for measurement. Calibration may be

performed statically (for example, by imposing known loads on the striker) or dynamically (see for example

reference [4]). Errors in force measurement after calibration shall be less than � 0,5 % of the forces used for

calibration.

As the duration of the test is very short, only electronic load cells with a high natural frequency shall be used (see

note 1). The natural frequency f of the test device (striker and load cell) shall conform to the following condition:

f W6kHz

For interpretation of complex force-deflection curves, even higher values of the natural frequency f may be necessary

(see annex A). For detecting the first damage depicted in Figure A.2, the natural frequency shall comply with the

following condition (see note 2):
f W 5/�t
n E
where
f is the natural frequency, expressed in kilohertz;

�t is the event time of the relevant detail of the force-deflection curve, expressed in milliseconds (see

Figure A.2).

The natural frequency can be checked by studying the oscillations following brittle or splintering failure (see

Figure 3).

For the bandwidth of the amplifier train (direct current or carrier frequency amplifier) the lower bandwidth limit is

0 Hz, and the upper bandwidth limit shall be at least 100 kHz, combined with a sampling frequency of at least

100 kHz (see notes 3 and 4).

NOTE 1 An example of such a measurement train is a piezoelectric load cell, mounted between the striker and the shaft (see

Figure 5) and connected to a charge amplifier.

NOTE 2 If, for example, the increase in deflection �t � v during the event (see Figure A.1) is only 1 mm (10 m), at an

E 0
�1 �3 �1 �4

impact velocity v of 4,4 m s , then the corresponding event time is �t =[(10 m)/(4,4 m s )] = 2 � 10 s, resulting in the

0 E
minimum natural frequency of f W [5/(2 � 10 s)] = 25 kHz.

NOTE 3 In the testing of very brittle products, elastic impact may cause resonant oscillations, thus making it difficult to

interpret the force-deflection curve (see annex A). In this case, it can be useful to carry out low-pass filtering on the recorded

force-time diagram or parts of it, although the accuracy of the measurements is thereby reduced.

If post-test filtering is used, the type of filter and its essential characteristics are reported in the test report [see 10 i)].

NOTE 4 Vibration of the test specimen (see Figure A.3) and of the test device as well as uniform noise on the trace generates

uncertainties of the measured maximum force (see 3.5) but has virtually no effect on the puncture energy (see 3.9).

5.2.2 Deflection measurement system, consisting of an electronic transd
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 6603-2
Deuxième édition
2000-10-01
Plastiques — Détermination du
comportement des plastiques rigides
perforés sous l'effet d'un choc —
Partie 2:
Essais de choc instrumentés
Plastics — Determination of puncture impact behaviour of rigid plastics —
Part 2: Instrumented impact testing
Numéro de référence
ISO 6603-2:2000(F)
ISO 2000
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 6603-2:2000(F)
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ce fichier par les comités membres de l'ISO. Dans le cas peu probable où surviendrait un problème d'utilisation, veuillez en informer le

Secrétariat central à l'adresse donnée ci-dessous.
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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-aprèsouducomité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
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Web www.iso.ch
Version française parue en 2001
Imprimé en Suisse
ii © ISO 2000 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 6603-2:2000(F)
Sommaire Page

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

1 Domaine d'application...................................................................................................................................1

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

3Termesetdéfinitions.....................................................................................................................................1

4 Principe...........................................................................................................................................................5

5 Appareillage ...................................................................................................................................................5

6 Éprouvettes ....................................................................................................................................................9

7 Mode opératoire...........................................................................................................................................10

8 Calculs ..........................................................................................................................................................11

9Fidélité ..........................................................................................................................................................13

10 Rapport d'essai ............................................................................................................................................13

Annexe A (informative) Interprétation de courbes complexes force-flèche ......................................................15

Annexe B (informative) Frottement entre le percuteur et l'éprouvette ...............................................................17

Annexe C (informative) Fixation des éprouvettes.................................................................................................20

Annexe D (informative) Transitions ductile/fragile ...............................................................................................21

Annexe E (informative) Influencedel'épaisseur des éprouvettes......................................................................22

Bibliographie .............................................................................................................................................................24

© ISO 2000 – Tous droits réservés iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 6603-2:2000(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 confiéeaux

comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude aledroit de faire partie ducomité

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 3.

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 delaprésente partie de l’ISO 6603 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.

La Norme internationale ISO 6603-2 a étéélaboréepar le comité technique ISO/TC 61, Plastiques, sous-comité

SC 2, Propriétésmécaniques.

Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 6603-2:1989) qui fait l'objet d'une révision

technique.

L'ISO 6603 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Plastiques — Détermination du

comportement des plastiques rigides perforés sous l'effet d'un choc:
� Partie 1: Essais de choc non instrumentés
� Partie 2: Essais de choc instrumentés

Les Annexes A à Edelaprésente partie de l’ISO 6603 sont données uniquement à titre d’information.

iv © ISO 2000 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 4 ----------------------
NORME INTERNATIONALE ISO 6603-2:2000(F)
Plastiques — Détermination du comportement des plastiques
rigides perforés sous l'effet d'un choc —
Partie 2:
Essais de choc instrumentés
1 Domaine d'application

La présente partie de l’ISO 6603 spécifie une méthode de détermination du comportement au choc avec

perforation des plastiques rigides sous forme d'éprouvettes planes, au moyen d’instruments de mesurage des

forces et des flèches. Elle s’applique si une courbe force-flèche ou force-temps, enregistrée pour une vitesse

nominale constante du percuteur, est nécessaire pour obtenir une caractérisation détaillée du comportement au

choc.

L'ISO 6603-1 peut être utilisée lorsqu'il est suffisant de caractériser le comportement au choc des plastiques par

une valeur seuil de l'énergie de rupture par choc à partir d'un grand nombre d'éprouvettes.

La présente partie de l'ISO 6603 n'a pas pour but de donner une interprétation du mécanisme qui se produit en

chaque point de la courbe force-flèche. Ces interprétations relèvent de la recherche scientifique.

NOTE Voir également l’article 1 de l’ISO 6603-1:2000.
2Références normatives

Les documents normatifs suivants contiennent des dispositions qui, par suite de la référence qui y est faite,

constituent des dispositions valables pour la présente partie de l'ISO 6603. Pour les références datées, les

amendements ultérieurs ou les révisions de ces publications ne s’appliquent pas. Toutefois, les parties prenantes

aux accords fondés sur la présentepartiedel'ISO6603sont invitées à rechercher la possibilité d'appliquer les

éditions les plus récentes des documents normatifs indiqués ci-après. Pour les références non datées, la dernière

édition du document normatif en référence s’applique. Les membres de l'ISO et de la CEI possèdent le registre des

Normes internationales en vigueur.

ISO 2602:1980, Interprétation statistique de résultats d'essais — Estimation de la moyenne — Intervalle de

confiance

ISO 6603-1:2000, Plastiques — Détermination du comportement des plastiques rigides perforés sous l'effet d'un

choc — Partie 1: Essai de choc non instrumentés
3 Termes et définitions

Pour les besoins de la présente partie de l’ISO 6603, les termes et définitions suivants s’appliquent.

3.1
vitesse d'impact
vitesse du percuteur par rapport au support au moment de l'application du choc
NOTE La vitesse d’impact est expriméeenmètres par seconde (m/s).
© ISO 2000 – Tous droits réservés 1
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ISO 6603-2:2000(F)
3.2
force

force exercée par le percuteur sur l'éprouvette dans le sens d'application du choc

NOTE La force est exprimée en newtons (N).
3.3
flèche

déplacement relatif entre le percuteur et le porte-éprouvette, comptabiliséà partir du premier contact entre le

percuteur et l'éprouvette
NOTE La flèche est exprimée en millimètres (mm).
3.4
énergie

énergie dépensée pour déformer et pénétrer l'éprouvette jusqu'à l'obtention d'une flèche l

NOTE 1 L’énergie est exprimée en joules (J).

NOTE 2 L’énergie est mesuréeparintégration de la courbe force-flèche, du point d'impact à la flèche, l.

3.5
force maximale
force maximale se produisant pendant l'essai
Voir Figures 1 à 4.
NOTE La force maximale est exprimée en newtons (N).
3.6
flèche à la force maximale
flèche se produisant à la force maximale F
Voir Figures 1 à 4.
NOTE La flèche à la force maximale est expriméeenmillimètres (mm).
3.7
énergie jusqu'à la force maximale
énergie dépenséejusqu'à l'obtention de la flèche l à la force maximale
Voir Figures 1 à 4.
NOTE L’énergie jusqu’à la force maximale est exprimée en joules (J).
3.8
flèche à la perforation

flèche à laquelle la force est réduite de moitié par rapport à la force maximale F

Voir Figures 1 à 4et notedu 3.9.
NOTE La flèche à la perforation est exprimée en millimètres (mm).
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3.9
énergie de perforation
énergie dépenséejusqu'à l'obtention de la flèche à la perforation l
Voir Figures 1 à 4et note2.
NOTE 1 L'énergie de perforation est expriméeenjoules(J).

NOTE 2 Lors de l'essai sur matériaux ductiles, un capteur montéà une certaine distance de la pointe du percuteur peut

enregistrer une force de frottement agissant entre la partie cylindrique du percuteur et le matériau perforé.L'énergie de

frottement correspondante ne doit pas être incluse dans l'énergie de perforation qui est donc limitée à la flèche à laquelle la

force tombe à la moitié de la force maximale F .
3.10
rupture au choc

comportement mécanique du matériau en essai pouvant se manifester sous la forme de l’un des types suivants

(voir note):

a) YD déformation plastique (pente nulle à la force maximale) suivie d’un formage important

b) YS déformation plastique (pente nulle à la force maximale) suivie d’une fissuration stable (au moins

partiellement)

c) YU déformation plastique (pente nulle à la force maximale) suivie d’une fissuration instable

d) NY sans déformation plastique
Voir Figures 1 à 4.

NOTE La comparaison des Figures 2 et 3 montre que la flèche à la perforation l et l'énergie de perforation E sont

P P

identiques pour les types de rupture YS et YU. Conformément à la représentation donnée Figure 4, on trouve des valeurs

identiques de flèche et d'énergie au maximum et à la perforation dans le cas du type de rupture YU. Pour le comportement

complexe, voir l'annexe A.

Figure 1 — Exemple de courbe force-flèche dans le cas d'une rupture par déformation plastique

(pente nulle à la force maximale) suivie d'un formage important, et aspect caractéristique des éprouvettes

après les essais (avec lubrification)
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Figure 2 — Exemple de courbe force-flèche dans le cas d'une rupture par déformation plastique

(pente nulle à la force maximale) suivie d'une propagation stable de la fissure, et aspect caractéristique

des éprouvettes après les essais (avec lubrification)

NOTE Une vibration propre du capteur de force est observable au terme de la fissuration instable (percuteur et jauge de

force).

Figure 3 — Exemple de courbe force-flèche dans le cas d'une rupture par déformation plastique

(pente nulle à la force maximale) suivie d'une propagation instable de la fissure,

et aspect caractéristique des éprouvettes après les essais (avec lubrification)
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Figure 4 — Exemple de courbe force-flèche dans le cas d'une rupture sans déformation plastique

suivie d'une propagation instable de la fissure, et aspect caractéristique des éprouvettes

après les essais (avec lubrification)
4Principe

Un percuteur lubrifié perfore l'éprouvette en son centre perpendiculairement à sa surface, à une vitesse nominale

uniforme. La courbe force-flèche ou force-temps qui résulte de cette opération est enregistrée par des moyens

électroniques. L'éprouvette peut être maintenue fixe pendant l'essai.

La courbe force-flèche obtenue lors de ces essais révèle le comportement au choc de l'éprouvette à partir duquel il

est possible de déduire plusieurs caractéristiques du comportement du matériau.
5 Appareillage
5.1 Dispositif d’essai, comprenant les principaux éléments suivants:

� une source d'énergie qui peut être du type masse d'inertie ou hydraulique (voir 5.1.1);

� un percuteur, qui doit être lubrifié;
� un porte-éprouvette doté d'un système de bridage recommandé.

Le dispositif d'essai doit permettre de perforer l'éprouvette en son centre et perpendiculairement à sa surface, à

une vitesse nominale constante. La force exercéesur l'éprouvette dans la direction d'application du choc et la

flèche partant du centre de l'éprouvette dans cette même direction doivent pouvoir être déduites ou mesurées (voir

Figure 5).
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5.1.1 Source d'énergie, caractérisée par une vitesse d'impact v recommandéede(4,4 � 0,2) m/s (voir 3.1 et la

note du 3.1). Pour éviter l'obtention de résultats qui ne peuvent être comparés en raison du comportement

viscoélastique du matériau plastique soumis au choc, le ralentissement de la vitesse pendant l'essai ne doit pas

être supérieur à 20 %.

NOTE Dans le cas de matériaux fragiles, une vitesse d'application du choc de 1 m/s peut être jugéepréférable car elle

réduit le niveau de vibration et de bruit et améliore la qualité de la courbe force-flèche (voir annexe A).

5.1.1.1 Type hydraulique,constitué d’une machine d'essai à haute vitesse munie des accessoires

appropriés. Toute variation de la vitesse du percuteur par rapport au support pendant le choc doit être contrôlée, à

l'aide, par exemple, d'un enregistrement des courbes flèche-temps et d'un contrôle de leurs pentes.

5.1.1.2 Type à masse d'inertie, pouvant être mis en mouvement sous l'effet de l'accélération due à la

pesanteur, avec l'assistance d'un ressort ou d'un organe pneumatique. Les machines à masse tombante sont des

dispositifs appropriés.

Dans le cas d'une masse subissant l'accélération due à la pesanteur, et en négligeant les pertes par frottement, la

vitesse d'impact v correspond à une hauteur de chute H de la source d'énergie de (1,0 � 0,1) m.

0 0

Pour toutes les sources d'énergiedetype à masse d'inertie, la vitesse d'impact doit être mesurée par des capteurs

de vitesse placés au voisinage du point d'impact. La réduction maximale de la vitesse pendant les essais donne la

masse minimale m de la source selon les équations (1) et (2) (voir note).
� 2
m W 6E /v (1)
C 0
m W 0,31E pour v � 4,4 m/s (2)
C 0
m est la masse de la source d'énergie, exprimée en kilogrammes;

E*estl’énergie de perforation la plus élevée à mesurer, expriméeenjoules (voir 3.9);

v est la vitesse d'impact (4,4 m/s, voir 3.1).

NOTE L'expérience a montré que, pour les percuteurs de grande taille, une source d'énergie lestéedemasse totale m de

20 kg est adaptée, et que pour ceux de petite taille, une masse totale de 5 kg convient (voir 5.1.2).

5.1.2 Percuteur, ayant de préférence une surface de percussion hémisphérique et polie, de (20,0 � 0,2) mm de

diamètre. Comme alternative, une surface de percussion de (10 � 0,1) mm de diamètre peut être utilisée.

NOTE 1 La taille et les dimensions du percuteur, ainsi que l'état de surface, influent sur les résultats de l'essai de choc.

Le percuteur doit être fabriqué en un matériau de résistance appropriée à l'usure et de résistance mécanique

suffisamment élevéepour empêcher la déformation plastique. L'acier trempé ou tout matériau de faible masse

volumique (titane, par exemple) se sont révélés acceptables dans la pratique.

Il est nécessaire de lubrifier la surface hémisphérique du percuteur de façon à réduire tout frottement entre ce

dernier et l'éprouvette (voir note 2 et annexe B).

NOTE 2 Il est probable que les résultats d’essai obtenus au moyen d’un percuteur lubrifié seront différents de ceux obtenus

à l’aide d’un percuteur à sec. En deçà des températures ambiantes, la condensation peut avoir l’effet d’un lubrifiant.

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La jauge de force doit être située sur un diamètre du percuteur, au-delà de la pointe de ce dernier, c’est-à-dire

qu’elle doit être montée aussi prèsque possibledelapointe defaçon à réduire au maximum toutes les forces

parasites et suffisamment près pour satisfaire à l’exigence relative à la réponse en fréquence (voir 5.2). Un

exemple est donné Figure 5.

5.1.3 Support annulaire (voir Figures 5 et 6), placé sur un socle rigide et construit de façon àéviter de piéger

de l'air sous l'éprouvette, permettant d’éviter ainsi un éventuel effet de ressort. Une place suffisante doit être

laissée sous le support annulaire pour laisser le percuteur continuer sa course aprèsavoir traversé l'éprouvette. Le

diamètre intérieur recommandé pour ce support est de (40 � 2) mm ou de (100 � 5) mm, et la hauteur minimale de

12 mm.

5.1.4 Socle du dispositif d'essai, solidement monté sur une structure rigide, de telle sorte que la masse du

socle (voir Figure 5) ait une rigidité suffisante pour réduire au minimum la flèche du support d'éprouvette.

Lorsducalcul de laflèche à partir de la cinétique de la masse en accélération, il faut utiliser un rapport de masse

minimal m /m de 10 entre le socle (m ) et la source d'énergie (m ). L'utilisation de ce rapport permet également

B C B C

d'empêcher que le socle ne subisse une accélération de plus de 1 % de la vitesse d'impact àlafindel'essai. Pour

les flèches mesurées directement, ce rapport minimal n’est qu’une recommandation. En ce qui concerne les

[5]
principes de cette spécification, voir l'annexe B de l’ISO 179-2:1997 .
Légende
1 Éprouvette 5Porte-éprouvette
2 Pointe hémisphérique du percuteur 6 Anneau de bridage (facultatif)
3 Jauge de force (position utiliséede préférence) 7Socle
4 Corps du percuteur 8 Isolation acoustique (facultative)
Figure 5 — Exemple de dispositif d'essai
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ISO 6603-2:2000(F)
Dimensions en millimètres
Côté du carré ou diamètre
du disque
Type d’éprouvette
60 140
40 � 2 100 � 5
60 140
D W 90 W 200
H 12 12
R 11
Légende
1 Anneau de bridage (facultatif)
2Porte-éprouvette
Figure 6 — Dispositif de bridage (vue schématique)

5.1.5 Dispositif de bridage (facultatif), constitué de deux parties, à savoir un support annulaire et une bague

de bridage (voir Figure 6), pour les éprouvettes annulaires. Le diamètre intérieur recommandé pour le dispositif de

bridage est de (40 � 2) mm, ou de (100 � 5) mm pour la solution de rechange. Le bridage peut avoir pour origine

une forme particulière de la bride ou se faire par l'application d'une force à l'éprouvette. Une force de bridage de

3 kN est recommandée dans ce dernier cas (voir note).

NOTE Les brides pneumatiques et vissées ont été utilisées avec succès. Il est probable que les résultats obtenus avec

des éprouvettes bloquées soient différents de ceux obtenus avec des éprouvettes non bloquées (voir annexe C).

5.2 Instruments de mesure de la force et de la flèche

5.2.1 Système de mesurage de la force, permettant de mesurer la force exercéesur l'éprouvette. Le percuteur

peut être équipé de jauges de déformation ou d'un transducteur de charge piézoélectrique qui doit être placé au

voisinage de la pointe du percuteur. Toute autre méthode appropriée permettant de mesurer les forces est

également acceptable. Le système de mesurage utilisé doit avoir une exactitude de mesure inférieure ou égale à

1 % de la force maximale observée.

Le système de mesurage de la force doit être étalonné en étant installé en condition de mesurage. L'étalonnage

peut être effectué statiquement (en soumettant, par exemple, le percuteur à des charges connues), ou

dynamiquement (voir, par exemple, la référence [4]). Les erreurs de mesurage des forces après étalonnage

doivent être inférieures à � 0,5 % des forces utilisées pour l'étalonnage.

Étant donné queladurée de l'essai est très courte, il ne faut utiliser que des jauges de force électroniques ayant

une fréquence propre élevée(voir note 1).Lafréquence propre f du dispositif d'essai (percuteur et jauge de force)

doit être conforme à la condition suivante:
f W6kH

Des valeurs encore plus élevées de la fréquence propre f peuvent être nécessaires pour interpréter les courbes

complexes force-flèche (voir annexe A). Pour détecter le premier endommagement représentéà la Figure A.2, la

fréquence propre doit être conforme à la condition suivante (voir note 2):
f W 5/�t
n E
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ISO 6603-2:2000(F)
f est la fréquence propre, expriméeenkilohertz;

�t est la duréedel'événement du détail considéré de la courbe force-flèche, exprimée en millisecondes,

(voir Figure A.2).

La fréquence propre peut être contrôléeen étudiant les oscillations consécutives à la rupture fragile ou à la rupture

par écaillage (voir Figure 3).

La bande passante du système d'amplification (amplificateur à courant continu ou à fréquence porteuse) doit avoir

une limite inférieure de 0 Hz et une limite supérieure d'au moins 100 kHz, combinée avec une fréquence

d'échantillonnage d'au moins 100 kHz (voir notes 3 et 4).

NOTE 1 Le montage d'une jauge de force piézoélectrique entre le percuteur et le corps du percuteur (voir Figure 5)

raccordée à un amplificateur de charge est un exemple de ce type de système de mesure.

NOTE 2 Si, par exemple, l'augmentation de la flèche �t � v pendant l'événement (voir Figure A.1) n'est que de

E 0
�3 �1

1mm (10 m), à une vitesse d’impact v de 4,4 m s , la durée correspondante de l'événement est

�3 �1 �4 �4

�t � [(10 m)/(4,4 m s )] � 2�10 s, donnant la fréquence propre minimale de f W [5/(2�10 s)] � 25 kHz.

E n

NOTE 3 Lors des essais auxquels sont soumis les produits très fragiles, les chocs élastiques peuvent provoquer des

oscillations de résonance qui rendent difficile l'interprétation de la courbe force-flèche (voir annexe A). Dans ce cas, il peut être

utile d'effectuer un filtrage passe-bas sur la courbe enregistrée force-temps ou sur des parties de cette courbe, bien que cela

réduise l’exactitude de mesure.

En cas de filtrage postérieur à l'essai, le type de filtre et ses caractéristiques principales sont consignés dans le rapport d'essai

[voir 10 i)].

NOTE 4 Les vibrations de l'éprouvette (voir Figure A.3) et du dispositif d'essai, de même que le bruit de fond uniforme sur la

courbe, génèrent des incertitudes sur la force maximale mesurée (voir 3.5) mais sont pratiquement sans effet sur l'énergie de

perforation (voir 3.9).

5.2.2 Système de mesurage de la flèche, constitué d'un transducteur électronique permettant de déterminer la

flèche de l’éprouvette pour obtenir une courbe force-flèche.

Dans la plupart des cas, les temps de réponse des dispositifs d'essai de force et de flèche sont différents, créant

un décalage dans le temps de la courbe force-flèche qui augmente proportionnellement à la vitesse d'impact.

L'allure des courbes de temps doit être synchronisée par un décalage en temps correspondant à la différence de

temps de réponse.

Avec les machines à masse d'inertie, on peut mesurer uniquement une courbe force-temps et calculer la flèche

conformément au 8.2.1.
5.3 Calibre d'épaisseur, tel que spécifiéen5.2del’ISO 6603-1:2000.
6 Éprouvettes
6.1 Forme et dimensions
Voir en 6.1 de l’ISO 6603-1:2000.
6.2 Préparation des éprouvettes
Voir en 6.2 de l’ISO 6603-1:2000.
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ISO 6603-2:2000(F)
6.3 Éprouvettes non homogènes
Voir en 6.3 de l’ISO 6603-1:2000.
6.4 Vérification des éprouvettes
Voir en 6.4 de l’ISO 6603-1:2000.
6.5 Nombre d'éprouvettes

Si l'essai est conduit dans des conditions constantes, il est nécessaire d'utiliser au moins cinq éprouvettes ou 10,

en cas de litige. Si les mesurages doivent être effectués en fonction de la température, de l'humidité relative ou de

tout autre paramètre, le nombre d'éprouvettes peut être réduit en prêtant attention à la dispersion statistique des

résultats.

Si un grand nombre d'éprouvettes est nécessaire, par exemple pour déterminer l'influence de la température sur

les grandeurs mesurées, les éprouvettes doivent être sélectionnées conformément aux principes statistiques.

6.6 Conditionnement des éprouvettes
Voir en 6.6 de l’ISO 6603-1:2000.
7 Mode opératoire
7.1 Atmosphère d'essai
Voir en 7.1 de l’ISO 6603-1:2000.
7.2 Mesurage de l'épaisseur
Voir en 7.2 de l’ISO 6603-1:2000.
7.3 Bridage de l'éprouvette (facultatif)
Voir en 7.3 de l’ISO 6603-1:2000.
7.4 Lubrification
Voir en 7.4 de l’ISO 6603-1:2000.
7.5 Essai de perforation

Placer l'éprouvette sur le support annulaire (5.1.4) et le dispositif de bridage (5.1.6) de manière appropriée.

Réaliser l'essai de perforation à la vitesse d'impact spécifiée en 5.1.2. S'assurer que la vitesse ne varie pas de plus

de 20 % pendant le processus de perforation en vérifiant l'allure de la courbe flèche-temps ou en appliquant les

équations (1) et (2), l’énergie E* étant égale à E .
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8 Calculs
8.1 Expression des résultats

Considérer comme résultat d'essai la courbe force-temps ou, en cas de mesurage direct, la courbe force-flèche.

Les autres résultats doivent être calculés à partir de ces données.

Pour les besoins de caractérisation de routine et en l'absence de toute description de conditions différentes dans la

Norme internationale relative au matériau considéré, les valeurs des propriétés suivantes doivent être considérées

comme étant les résultats d'essai:
a) l est la flèche à la force maximale (voir 3.6), exprimée en millimètres;
b) E est l'énergie à la force maximale (voir 3.7), exprimée en joules;
c) F est la force maximale (voir 3.5) exprimée en newtons;
d) l est la flèche à la perforation (voir 3.8), exprimée en millimètres;
e) E est l'énergie de perforation (voir 3.9), expriméeenjoules.

En outre, il convient de consigner le type de rupture tel que défini en 3.10 et par les Figures 1 à 4. Pour les types

de rupture YS et YU, s'assurer que les forces de frottement n'ont pas d'effet sur la courbe force-flèche pour des

flèches importantes (voir note en 3.10). Pour le comportement complexe, voir annexe A.

8.2 Calcul de la flèche

Si les résultats d'essai sont sous forme de courbe force-flèche, la force maximale F ,la flèche à la force maximale

l ,etlaflèche à la perforation l peuvent être relevées directement sur le graphique. L'énergie jusqu'à la force

M P

maximale E et l'énergie de perforation E (voir Figures 1 à 4) peuvent être déterminées en mesurant l'aire

M P

comprise sous la courbe force-flèche au moyen d'un planimètre, d'une analyse par ordinateur ou de tout autre

dispositif approprié.

Dans le cas des sources d'énergie du type masse d'inertie (voir 5.1.2) qui ne présentent nominalement aucune

perte par frottement pendant le choc, la flèchedel'éprouvette ne peut pas être mesurée directement au moyen

d'un système de mesure de déplacement. Dans ce cas, elle doit être calculée à partir de la courbe force-temps

d'aprèsl'équation (3).
��1
lt()��v t � F()t dt dt� gt (3)
m 2
��0
v est la vitesse d'impact (voir 3.1), expriméeenmètres par seconde;

t est l'instant après le choc auquel la flèche doit être calculée, exprimé en secondes;

F(t) est la force, mesurée à un instant quelconque après l'impact, expriméeennewtons;

l(t) est la flèche (voir 3.3), expriméeenmètres;
m est la masse tombante de la source d'énergie, expriméeenkilogrammes;

g est l'accélération locale due à la pesanteur, expriméeenmètres par seconde carrée.

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