ISO 20504:2006

Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical ceramics) — Test method for compressive behaviour of continuous fibre-reinforced composites at room temperature

ISO 20504:2006 describes procedures for determination of the compressive behaviour of ceramic matrix composite materials with continuous fibre reinforcement at room temperature. This method applies to all ceramic matrix composites with a continuous fibre reinforcement, uni-directional , bi-directional, and tri-directional, tested along one principal axis of reinforcement. This method may also be applied to carbon-fibre-reinforced carbon matrix composites (also known as: carbon/carbon or C/C). Two cases of testing are distinguished: compression between platens and compression using grips.

Céramiques techniques — Méthode d'essai de résistance à la compression des composites renforcés de fibres continues à température ambiante

L'ISO 20504:2006 décrit des méthodes permettant de déterminer les caractéristiques en compression des matériaux composites à matrice céramique avec renfort de fibres continues à température ambiante. La présente Norme internationale s'applique à tous les composites à matrice céramique avec renfort de fibres continues, unidirectionnel (1D), bidirectionnel (2D), et tridirectionnel (xD, avec 2 x ≤ 3), sollicités suivant un axe principal de renfort. Elle peut également s'appliquer aux composites à matrice de carbone avec renfort de fibres de carbone (également connus en tant que carbone/carbone ou C/C). Deux cas de compression sont distingués: la compression entre plateaux et la compression entre mors.

General Information

• Status: Withdrawn
• Publication Date: 11-Jan-2006
• Withdrawal Date: 11-Jan-2006
• ICS: 81.060.30 - Advanced ceramics
• Technical Committee: ISO/TC 206 - Fine ceramics
• Drafting Committee: ISO/TC 206/WG 4 - Composites
• Current Stage: 9599 - Withdrawal of International Standard
• Completion Date: 31-Jul-2019

Relations

• Revised: ISO 20504:2019 - Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical ceramics) — Mechanical properties of ceramic composites at room temperature — Determination of compressive properties
• Effective Date: 10-Dec-2016

Standards Content (Sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 20504
First edition
2006-01-15
Fine ceramics (advanced ceramics,
advanced technical ceramics) — Test
method for compressive behaviour of
continuous fibre-reinforced composites
at room temperature
Céramiques techniques — Méthode d'essai de résistance à la
compression des composites renforcés de fibres continues à
température ambiante
Reference number
ISO 20504:2006(E)
ISO 2006
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ISO 20504:2006(E)
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Published in Switzerland
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ISO 20504:2006(E)
Contents Page

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

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

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

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

4 Principle................................................................................................................................................. 3

5 Apparatus.............................................................................................................................................. 4

5.1 Test machine......................................................................................................................................... 4

5.2 Load train............................................................................................................................................... 4

5.3 Strain measurement............................................................................................................................. 4

5.3.1 General................................................................................................................................................... 4

5.3.2 Strain gauges........................................................................................................................................ 4

5.3.3 Extensometry........................................................................................................................................ 5

5.4 Data recording system ......................................................................................................................... 5

5.5 Dimension measuring devices ............................................................................................................ 5

6 Test specimens..................................................................................................................................... 5

6.1 General................................................................................................................................................... 5

6.2 Compression between platens............................................................................................................ 6

6.3 Test specimen used with grips ........................................................................................................... 7

7 Test specimen preparation ................................................................................................................ 10

7.1 Machining and preparation................................................................................................................ 10

7.2 Number of test specimens................................................................................................................. 10

8 Test procedure.................................................................................................................................... 10

8.1 Test mode and rate............................................................................................................................. 10

8.2 Measurement of test specimen dimensions .................................................................................... 11

8.3 Buckling............................................................................................................................................... 11

8.4 Testing technique ............................................................................................................................... 11

8.4.1 Test specimen mounting ................................................................................................................... 11

8.4.2 Extensometers.................................................................................................................................... 11

8.4.3 Measurements..................................................................................................................................... 12

8.5 Test validity......................................................................................................................................... 12

9 Calculation of results ......................................................................................................................... 12

9.1 Test specimen origin.......................................................................................................................... 12

9.2 Compressive strength........................................................................................................................ 12

9.3 Strain at maximum compressive force............................................................................................. 13

9.4 Proportionality ratio or pseudo-elastic modulus, elastic modulus ............................................... 13

9.5 Buckling stress................................................................................................................................... 14

9.6 Rounding of results............................................................................................................................ 14

9.7 Mean and standard deviation ............................................................................................................ 14

10 Test report........................................................................................................................................... 15

Annex A (informative) Illustration of elastic modulus .................................................................................. 16

Annex B (normative) Alignment verification ................................................................................................. 18

Annex C (normative) Compressive force limits to ensure ‘true’ compressive failure.............................. 20

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ISO 20504:2006(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

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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 20504 was prepared by Technical Committee ISO/TC 206, Fine ceramics.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 20504:2006(E)
Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical
ceramics) — Test method for compressive behaviour of
continuous fibre-reinforced composites at room temperature
1 Scope

This International Standard describes procedures for determination of the compressive behaviour of ceramic

matrix composite materials with continuous fibre reinforcement at room temperature. This method applies to

all ceramic matrix composites with a continuous fibre reinforcement, uni-directional (1D), bi-directional (2D)

and tri-directional (xD, with 2 < x u 3), tested along one principal axis of reinforcement. This method may also

be applied to carbon-fibre-reinforced carbon matrix composites (also known as: carbon/carbon or C/C). Two

cases of testing are distinguished: compression between platens and compression using grips.

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 7500-1, Metallic materials — Verification of static uniaxial testing machines — Part 1:

Tension/compression testing machines — Verification and calibration of the force-measuring system

ISO 3611, Micrometer callipers for external measurements

ISO 9513, Metallic materials — Calibration of extensometers used in uniaxial testing

ISO 14126, Fibre-reinforced plastic composites — Determination of compressive properties in the in-plane

direction

ASTM E1012, Standard Practice for Verification of Test Frame and Specimen Alignment Under Tensile and

Compressive Axial Force Application
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
3.1
gauge section
part of the test specimen which has uniform and minimum cross-sectional area
3.2
gauge section length
length of the gauge section
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ISO 20504:2006(E)
3.3
initial gauge length

initial distance between reference points on the test specimen in the gauge section before initiation of the test

3.4
final gauge length

final distance between reference points on the test specimen in the gauge section at the completion of the test

3.5
initial cross-sectional area
initial area of the gauge section’s cross-section
3.6
longitudinal deformation

change (contraction) of the initial gauge due to the application of a uniaxial compressive force

NOTE The longitudinal deformation corresponding to the maximum force should be denoted as ∆L .

c,m
3.7
compressive strain
relative change in the gauge length defined as the ratio ∆L/L
NOTE The compressive strain corresponding to the maximum force is denoted as ε .
c,m
3.8
compressive force
uniaxial compressive force applied to a test specimen
3.9
maximum compressive force
c,m

greatest uniaxial compressive force applied to a test specimen when tested to failure

3.10
compressive stress

compressive force supported by the test specimen at any time in the test divided by the initial cross-sectional

area such that σ = F /A
c o
3.11
compressive strength
c,m
greatest compressive stress applied to a test specimen when tested to failure
3.12
proportionality ratio or pseudo-elastic modulus
slope of the linear region of the stress-strain curve, if any
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ISO 20504:2006(E)

NOTE Examination of the stress-strain curves for ceramic matrix composites allows definition of the following cases:

⎯ Material with a linear region in the stress-strain curve.

For ceramic matrix composites that have a mechanical behaviour characterised by a linear region, the proportionality

ratio E is defined as:
σ −σ
E σσ, = (1)
p1 2
ε −ε

where (ε , σ ) and (ε , σ ) lie near the lower and the upper limits of the linear region of the stress-strain curve (see

1 1 2 2
Figures A.1 and A.2).

⎯ Material with non-linear region in the stress-strain curve. In this case only, stress-strain couples can be determined at

specified stresses or specified strains.
3.13
elastic modulus

proportionality ratio or pseudo-elastic modulus, in the special case where the linearity starts near the origin

See Figure A.2.
3.14
axial strain

average of the longitudinal strain measured at the surface of the test specimen at specified locations

See Annex B.
3.15
bending strain

difference between the longitudinal strain at a given longitudinal location on the test specimen surface and the

axial strain at the same location
See Annex B.
3.16
buckling force

critical axially applied force at which an initially straight column assumes a curved shape

3.17
critical buckling stress

critical axial compressive stress at which an initially straight column assumes a curved shape

4 Principle

A test specimen of specified dimensions is loaded in compression. The compression test is usually performed

at a constant cross-head displacement rate or at a constant deformation rate.

NOTE Constant force rate is only allowed in the case of linear stress-strain behaviour up to failure.

For cross-head displacement tests, a constant rate is recommended when the test is conducted to failure.

The force and longitudinal deformation are measured and recorded simultaneously.
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ISO 20504:2006(E)
5 Apparatus
5.1 Test machine

The machine shall be equipped with a system for measuring the force applied to the test specimen that shall

conform to grade 1 or better in accordance with ISO 7500-1.
5.2 Load train

The load train is composed of movable and fixed cross-heads, the loading rods and the grips or platens. Load

train couplers may additionally be used to connect the grips or platens to the loading rods.

The load train shall align the test specimen axis with the direction of force application without introducing

bending or torsion in the test specimen. The misalignment of the test specimen shall be verified and

documented in accordance with the procedure described in Annex B. The maximum percent bending shall not

exceed 5 % at an average axial strain of 500 × 10 .
There are two alternative means of force application:

a) Compression platens are connected to the force transducer and the moving cross-head. The parallelism

of these platens shall be better than 0,01 mm, in the loading area and the faces of the platens shall be

perpendicular to the force application direction.

NOTE 1 The use of platens is not recommended for compression testing of 1D and 2D materials with small

thicknesses because of buckling.

NOTE 2 A compliant interlayer material (composed only of paper or cardboard), between the test specimen and

platens, can be used for testing macroscopically inhomogeneous materials to ensure uniform contact pressure.

When the dimensions of the test specimen are such that buckling may occur, it is recommended to use

antibuckling devices similar to those described in ISO 14126. These devices should not introduce

parasitic stresses (i.e. stresses other than the uniform, axial stress) during loading of the test specimen.

b) Grips are used to clamp and load the test specimen. The grip design shall prevent the test specimen from

slipping and the grips shall align the test specimen axis with that of the applied force.

Alignment shall be verified and documented in accordance with, for example, the procedure described in

Annex B.
5.3 Strain measurement
5.3.1 General

For continuous measurement of the longitudinal deformation as a function of the applied force, either strain

gauges or a suitable extensometer may be used. Use an extensometer that meets the requirements of at least

class 1 in ISO 9513. Measurement of longitudinal deformation over a length as long as possible within the

gauge section length of the test specimen is recommended.
5.3.2 Strain gauges

Strain gauges are used for the verification of the alignment on the test specimen. They may also be used to

determine longitudinal deformation during testing. In both cases, the length of the strain gauges shall be such

that the readings are not affected by local features on the surface of the specimen, such as fibre crossovers.

Unless it can be shown that strain gauge readings are not unduly influenced by localized strain events, such

as fibre crossovers, strain gauges should be not less than 9 mm to 12 mm in length for the longitudinal

direction and not less than 6 mm in length for the transverse direction. The strain gauges, surface preparation

and bonding agents/adhesives should be chosen to provide adequate performance on the subject materials.

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ISO 20504:2006(E)

Suitable strain-conditioning and recording equipment should be used. Care shall be taken to ensure that the

strain gauge readings are not influenced by the surface preparation and the adhesive used.

5.3.3 Extensometry

The linearity tolerance of the extensometer shall be less than 0,15 % of the extensometer range used.

Extensometers shall meet the requirements of at least class 1 in accordance with ISO 9513.

Types of commonly used extensometers are described in 5.3.3.1 and 5.3.3.2.
5.3.3.1 Mechanical extensometer

For a mechanical extensometer, the gauge length corresponds to the longitudinal distance between the two

locations where the extensometer contacts the test specimen. Mounting of the extensometer to the test

specimen shall prevent slippage of the extensometer at the contact points and shall not initiate failure under

the contact points. Any extensometer contact forces shall not introduce bending greater than that allowed

in 5.2.
5.3.3.2 Electro-optical extensometer

Electro-optical measurements of strain require reference marks on the test specimen. For this purpose,

fiducial marks such as rods or flags are attached to the test specimen surface perpendicular to the longitudinal

axis of the test specimen. The gauge length corresponds to the longitudinal distance between the two fiducial

marks.

NOTE The use of integral flags as part of the test specimen geometry is not recommended, because of stress

concentrations induced by such features.
5.4 Data recording system

A calibrated recorder may be used to record force-deformation curves. The use of a digital data recording

system combined with an analog recorder is recommended.
5.5 Dimension measuring devices

Devices used for measuring linear dimensions of the test specimen shall be accurate to ± 0,1 mm.

Micrometers shall be in accordance with ISO 3611.
6 Test specimens
6.1 General
The choice of test specimen geometry depends on several parameters:
⎯ the nature of the material and of the reinforcement structure;
⎯ the type of testing system.

The ratio between the length of the test specimen subject to buckling and the thickness of the test specimen,

in addition to the stiffness of the material, will influence the resistance of the test specimen to buckling.

If buckling occurs, it may be necessary to modify the dimensions of the test specimen or alternatively to use

an antibuckling device (e.g. fixed lateral guides pressed against the test specimen so as to freely allow

longitudinal motion while simultaneously suppressing transverse motion).
The volume in the gauge length shall be representative of the material.
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ISO 20504:2006(E)
Two types of test specimens can be distinguished.

a) As-fabricated test specimens, where only the length and the width are machined to the specified size. In

this case, the two faces of the test specimen may present irregular surfaces while the two edges present

regular machined surfaces.

b) Machined test specimens, where the length and the width, as well as the two faces of the test specimen,

have been machined and present regular machined surfaces.

Tolerance on the thickness dimension only applies to machined test specimens. For as-fabricated test

specimens, the difference in thickness out of three measurements (at the centre and at each end of the gauge

section length) should not exceed 5 % of the average of the three measurements.
6.2 Compression between platens

The test specimen geometry and/or compliant interlayers may be adapted in order to avoid buckling and

damage at the edges due to contact forces.

Type 1 is commonly used and is illustrated in Figure 1. Recommended dimensions are given in Table 1.

a) Test specimen b) Example of anti-buckling guides
Key
1 loading anvil 4 O-ring
2 specimen 5 frame
3 lateral support 6 unsupported length

Figure 1 — Compression test specimen (type 1) used between platens and anti-buckling guides

6 © ISO 2006 – All rights reserved
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ISO 20504:2006(E)
Table 1 — Dimensions for compression test specimen (type 1) used between platens
Dimensions in millimetres
Parameter 1D, 2D, xD Tolerance
l, gauge section length W 15 ± 0,5
l , total length W 1,5 × l mm ± 0,5
d, cylindrical or square-section side length or diameter W 8 ± 0,2
Parallelism of machined parts 0,05 N/A
Perpendicularity of machined parts 0,05 N/A
Concentricity of machined parts 0,05 N/A

Type 2 is cylindrical in shape and is not used as frequently as type 1. It is illustrated in Figure 2 and

recommended dimensions are given in Table 2.
Figure 2 — Compression test specimen (type 2) used between platens
Table 2 — Dimensions for compression test specimen (type 2) used between platens
Dimensions in millimetres
Parameter 1D, 2D, xD Tolerance
l, gauge section length W 10 ± 0,5
d, cylindrical or square-section W 10 ± 0,2
Parallelism of machined parts 0,05 N/A
Perpendicularity of machined parts 0,05 N/A

NOTE This test specimen is mainly used when the thickness of the part is not sufficient to machine a test specimen of

type 1.
6.3 Test specimen used with grips

For these types of test specimens, the total length l depends on the gripping system. These types of test

specimens allow testing of thin test specimens without using an anti-buckling device. It is, however, necessary

to verify that the chosen l/h ratio does not lead to buckling.
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ISO 20504:2006(E)

Type 3 is represented in Figure 3 and recommended dimensions are given in Table 3.

Figure 3 — Compression test specimen (type 3) for use with grips
Table 3 — Dimensions of compression test specimen (type 3) for use with grips
Dimensions in millimetres
Parameter 1D, 2D, xD Tolerance
Long length
l , total test specimen length W 1,5 × l mm ± 0,5
l, gauge section length W 15 ± 0,5
h, thickness W 3 ± 0,2
b , width in the gauge section length W 8 ± 0,2
b , width b = αb with α: 1,2 to 2 ± 0,2
2 2 1
r, radius W 30 ± 2
Plane parallelism of machined parts 0,05 N/A
Short length
l , total test specimen length W 1,5 × l mm ± 0,5
l, gauge section length u 15 ± 0,5
h, thickness W 3 ± 0,2
b , width in the gauge section length W 8 ± 0,2
b , width b = αb with α: 1,2 to 2 ± 0,2
2 2 1
r, radius W 30 ± 2
Plane parallelism of machined parts 0,05 N/A

NOTE This type of test specimen is recommended, if buckling occurs, using type 3 test specimen dimensions given in this

table (for long lengths). With this type of test specimen, it is very difficult to obtain strain measurements.

8 © ISO 2006 – All rights reserved
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ISO 20504:2006(E)

Type 4 is a straight-sided test specimen. It is represented in Figure 4 and the dimensions are given in Table 4.

Figure 4 — Compression test specimen for use with grips (straight-sided, without tabs)

Table 4 — Dimensions of compression test specimen (type 4) for use with grips
(straight-sided, without tabs)
Dimensions in millimetres
Parameter 1D, 2D, xD Tolerance
l , total length W 100 ± 0,5
l, gauge section length (ungripped) W 40 ± 0,2
h, thickness W 3 ± 0,2
b, width W 10 ± 0,2
Plane parallelism of machined part 0,05 N/A

NOTE This test specimen is easy to machine and, although its use allows the determination of elastic modulus; it should

not be used for strength measurement.

Type 5 is a straight-sided test specimen equipped with end tabs that are either metallic or polymeric

composite, and bonded or cured onto the test specimen. The dimensions are given in Table 5 and the test

specimen is illustrated in Figure 5. This type of test specimen is mainly used for 1D, 2D and xD (with 2 < x < 3)

materials.
Table 5 — Dimensions of compression test specimen (type 5) for use with grips
(straight-sided with end tabs)
Dimensions in millimetres
Parameter 1D, 2D, xD Tolerance
l , total length W 100 ± 0,5
l, gauge section length W 40 ± 0,2
End tab length W 30 ± 0,2
h, thickness W 3 ± 0,2
b, width W 10 ± 0,2
Plane parallelism of machined parts and of tab faces 0,05 N/A
NOTE The thickness of the end tabs is generally between 1 mm and 3 mm.
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ISO 20504:2006(E)
End-tab length.
Figure 5 — Straight-sided test specimen with end tabs

Type 6 test specimens are used for elevated temperature tests. All test specimens designed for elevated

temperature testing can be used for room temperature testing.

NOTE It is customary to obtain results at room temperature when testing a material at elevated temperature and, to

do so, the same type of test specimen is used. However, the costs of test specimens for elevated temperature tests are

generally much greater than test specimens used for room temperature tests. Therefore, elevated-temperature test

specimen types are not used when only room-temperature properties are required.
7 Test specimen preparation
7.1 Machining and preparation

When extracting test specimens from as-fabricated plates of material, care shall be taken to align the test

specimen axis with the desired fibre-related loading axis.

Machining parameters that avoid damage to the material shall be established and documented. These

parameters shall be adhered to during test specimen preparation.
7.2 Number of test specimens
At least five valid test results (see 8.5) are required.

If statistical evaluation of the test results is required, the number of test specimens should be chosen using

accepted statistical procedures and guidelines.
8 Test procedure
8.1 Test mode and rate

Test modes may involve force, displacement, or strain control. Test rates should be sufficiently rapid so as to

complete the test in the range 10 s to 30 s, thereby obtaining the maximum possible compressive strength at

fracture of the material. However, test rates may also be used to evaluate rate effects. In all cases, report the

test mode and rate.
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ISO 20504:2006(E)
−6 −6 −1

Strain rates on the order of 50 × 10 to 500 × 10 s , stress rates on the order of 35-50 MPa/s, and cross-

head displacement rates on the order of 0,001 to 0,05 mm/s are recommended to minimize environmental

effects when testing in ambient air.
8.2 Measurement of test specimen dimensions

The cross-sectional area shall be determined at the longitudinal centre of the test specimen and at each end

of the gauge section length. The arithmetic means of the measurements shall be used for calculations.

Necessary dimensions to calculate cross-sectional area shall be measured with an accuracy of ± 0,01 mm.

8.3 Buckling
During a compression test, the test specimen may be susceptible to
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 20504
Première édition
2006-01-15
Céramiques techniques — Méthode
d’essai de résistance à la compression
des composites renforcés de fibres
continues à température ambiante
Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical ceramics) —
Test method for compressive behaviour of continuous fibre-reinforced
composites at room temperature
Numéro de référence
ISO 20504:2006(F)
ISO 2006
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ISO 20504:2006(F)
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ii © ISO 2006 – Tous droits réservés
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ISO 20504:2006(F)
Sommaire Page

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

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

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

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

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

5 Appareillage .............................................................................................................................................................................................................. 4

5.1 Machine d’essai ....................................................................................................................................................................................... 4

5.2 Système de mise en charge ........................................................................................................................................................... 4

5.3 Mesurage de la déformation ........................................................................................................................................................ 4

5.3.1 Généralités ............................................................................................................................................................................ 4

5.3.2 Jauges de déformation ................................................................................................................................................ 4

5.3.3 Extensométrie .................................................................................................................................................................... 5

5.4 Système d’enregistrement des données ............................................................................................................................ 5

5.5 Dispositifs de mesurage des dimensions ......................................................................................................................... 5

6 Éprouvettes ................................................................................................................................................................................................................ 5

6.1 Généralités .................................................................................................................................................................................................. 5

6.2 Compression entre plateaux ....................................................................................................................................................... 6

6.3 Éprouvettes utilisées avec des mors .................................................................................................................................... 7

7 Préparation des éprouvettes ................................................................................................................................................................10

7.1 Usinage et préparation ..................................................................................................................................................................10

7.2 Nombre d’éprouvettes ...................................................................................................................................................................10

8 Mode opératoire d’essai.............................................................................................................................................................................10

8.1 Mode et vitesse d’essai ..................................................................................................................................................................10

8.2 Mesurage des dimensions des éprouvettes ......... ........................................................................................................11

8.3 Flambage ...................................................................................................................................................................................................11

8.4 Technique de l’essai .........................................................................................................................................................................11

8.4.1 Montage de l’éprouvette .........................................................................................................................................11

8.4.2 Extensomètres ................................................................................................................................................................11

8.4.3 Mesurages ...........................................................................................................................................................................12

8.5 Validité de l’essai ................................................................................................................................................................................12

9 Calcul des résultats .........................................................................................................................................................................................12

9.1 Origine de l’éprouvette .................................................................................................................................................................12

9.2 Résistance à la compression .....................................................................................................................................................12

9.3 Déformation à la force maximale de compression ................................................................................................13

9.4 Coefficient de proportionnalité ou module pseudo-élastique, module élastique ......................13

9.5 Contrainte de flambage ......... ........................................................................................................................................................14

9.6 Arrondissement des résultats .................................................................................................................................................14

9.7 Moyenne et écart-type ...................................................................................................................................................................14

10 Rapport d’essai ....................................................................................................................................................................................................15

Annexe A (informative) Représentation du module élastique ...............................................................................................16

Annexe B (normative) Vérification de l’alignement ..........................................................................................................................18

Annexe C (normative) Limites de la force de compression pour assurer une «vraie» rupture

en compression ...................................................................................................................................................................................................20

© ISO 2006 – Tous droits réservés iii
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ISO 20504:2006(F)
Avant-propos

L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes

nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est

en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude

a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,

gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.

L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui

concerne la normalisation électrotechnique.

Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont

décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents

critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été

rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www.

iso.org/directives).

L’attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de

droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable

de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant

les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de

l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de

brevets reçues par l’ISO (voir www.iso.org/brevets).

Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données

pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer

un engagement.

Pour une explication de la signification des termes et expressions spécifiques de l’ISO liés à

l’évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion de l’ISO aux principes

de l’OMC concernant les obstacles techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: Avant-propos —

Informations supplémentaires.

L’ISO 20504 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 206, Céramiques techniques.

iv © ISO 2006 – Tous droits réservés
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NORME INTERNATIONALE ISO 20504:2006(F)
Céramiques techniques — Méthode d’essai de résistance
à la compression des composites renforcés de fibres
continues à température ambiante
1 Domaine d’application

La présente Norme internationale décrit des méthodes permettant de déterminer les caractéristiques

en compression des matériaux composites à matrice céramique avec renfort de fibres continues à

température ambiante. La présente Norme internationale s’applique à tous les composites à matrice

céramique avec renfort de fibres continues, unidirectionnel (1D), bidirectionnel (2D), et tridirectionnel

(xD, avec 2 < x ≤ 3), sollicités suivant un axe principal de renfort. Elle peut également s’appliquer aux

composites à matrice de carbone avec renfort de fibres de carbone (également connus en tant que

carbone/carbone ou C/C). Deux cas de compression sont distingués: la compression entre plateaux et la

compression entre mors.
2 Références normatives

Les documents de référence suivants sont indispensables à 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 7500-1, Matériaux métalliques — Vérification des machines pour essais statiques uniaxiaux —

Partie 1: Machines d’essai de traction/compression — Vérification et étalonnage du système de mesure de

force

ISO 3611, Spécification géométrique des produits (GPS) — Équipement de mesurage dimensionnel:

Micromètres d’extérieur — Caractéristiques de conception et caractéristiques métrologiques

ISO 9513, Matériaux métalliques — Étalonnage des chaînes extensométriques utilisées lors d’essais uniaxiaux

ISO 14126, Composites plastiques renforcés de fibres — Détermination des caractéristiques en

compression dans le plan

ASTM E1012, Standard Practice for Verification of Test Frame and Specimen Alignment Under Tensile and

Compressive Axial Force Application
3 Termes et définitions

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

3.1
section de jauge

partie de l’éprouvette où la section transversale est la plus faible et est uniforme

3.2
longueur de la section de jauge
longueur de la section de jauge
3.3
longueur de jauge initiale
distance initiale entre les points de référence dans la section de jauge
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ISO 20504:2006(F)
3.4
longueur de jauge finale

distance finale entre les points de référence dans la section de jauge à la fin de l’essai

3.5
aire initiale de la section
aire initiale de la section transversale de la section de jauge
3.6
accourcissement

diminution de la longueur de jauge initiale due à l’application d’une force de compression uniaxiale

Note 1 à l’article: Il convient de désigner par ΔL la déformation longitudinale correspondant à la force maximale.

c,m
3.7
déformation en compression
modification relative de la longueur de jauge définie comme le rapport ΔL/Lo

Note 1 à l’article: Il convient de désigner par ε la déformation en compression correspondant à la force maximale.

c,m
3.8
force de compression
force de compression uniaxiale appliquée à une éprouvette
3.9
force maximale de compression
c,m

force de compression uniaxiale la plus élevée appliquée à une éprouvette lors d’un essai de compression

réalisé jusqu’à rupture
3.10
contrainte de compression

force de compression supportée par l’éprouvette à tout moment au cours de l’essai, divisée par l’aire

initiale de la section, telle que σ = F /A
c o
3.11
résistance à la compression
c,m

contrainte de compression la plus élevée appliquée à une éprouvette lors d’un essai de compression

réalisé jusqu’à rupture
3.12
coefficient de proportionnalité ou module pseudo-élastique
pente de la partie linéaire de la courbe contrainte-déformation, si elle existe

Note 1 à l’article: L’examen des courbes contrainte-déformation des composites à matrice céramique conduit à

définir les cas suivants:
— Matériau présentant une zone linéaire dans la courbe contrainte-déformation.
2 © ISO 2006 – Tous droits réservés
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ISO 20504:2006(F)

Pour les matériaux composites à matrice céramique dont le comportement mécanique est caractérisé

par une zone linéaire, le coefficient de proportionnalité E est défini par:
σσ−
E σσ, = (1)
p 12
εε−

où (ε , σ ) et (ε , σ ) caractérisent les points proches de la limite inférieure et de la limite supérieure de

1 1 2 2

la partie linéaire de la courbe contrainte-déformation (voir Figures A.1 et A.2).

— Matériau présentant une courbe contrainte-déformation non linéaire. Dans ce cas, seuls des

couples contrainte-déformation peuvent être déterminés à des contraintes spécifiées ou des

déformations spécifiées.
3.13
module élastique

coefficient de proportionnalité ou module pseudo-élastique, dans le cas particulier où la linéarité est

très proche de l’origine
VOIR: Figure A.2.
3.14
déformation axiale

déformation longitudinale moyenne mesurée à la surface de l’éprouvette en des points spécifiés

VOIR: Annexe B.
3.15
déformation en flexion

différence entre les déformations longitudinales à une position longitudinale donnée sur les faces

opposées de l’éprouvette
VOIR: Annexe B.
3.16
force de flambage

force critique appliquée axialement à partir de laquelle l’éprouvette adopte une forme incurvée

3.17
contrainte de flambage critique

contrainte critique en compression axiale à partir de laquelle l’éprouvette adopte une forme incurvée

4 Principe

Une éprouvette de dimensions spécifiées est soumise à une charge de compression. L’essai de

compression est généralement réalisé à une vitesse constante de déplacement de la traverse de la

machine d’essai ou à une vitesse constante de déformation.

NOTE Un essai à vitesse constante d’application de la force n’est autorisé que dans le cas où le comportement

contrainte-déformation est linéaire jusqu’à la rupture.

Pour les essais où le chargement est piloté par le déplacement de la traverse, une vitesse constante est

recommandée lorsque l’essai est mené jusqu’à la rupture.

La force et la déformation longitudinale sont mesurées et enregistrées simultanément.

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ISO 20504:2006(F)
5 Appareillage
5.1 Machine d’essai

La machine doit être équipée d’un système de mesure de la force appliquée à l’éprouvette qui doit être

de classe 1 ou mieux, conformément à l’ISO 7500-1.
5.2 Système de mise en charge

Le système de mise en charge est composé de traverses mobile et fixe, de tiges de mise en charge et de

mors ou de plateaux. Des raccords peuvent également être utilisés entre les mors ou les plateaux et les

tiges de mise en charge.

Le système de mise en charge doit aligner l’axe de l’éprouvette avec la direction d’application de la

force, sans provoquer des efforts de flexion ou de torsion dans l’éprouvette. Le défaut d’alignement

de l’éprouvette doit être vérifié et documenté conformément à la procédure décrite à l’Annexe B. Le

pourcentage maximum de flexion ne doit pas dépasser 5 % pour une déformation axiale moyenne

de 500 × 10 .
Deux modes d’application de la force sont possibles:

a) des plateaux de compression sont fixés sur la cellule de force et sur la traverse mobile. Le

parallélisme entre ces plateaux doit être supérieur à 0,01 mm, dans la zone de mise en charge et les

plateaux doivent être perpendiculaires à la direction d’application de la force.

NOTE 1 L’utilisation de plateaux n’est pas recommandée pour les matériaux 1D et 2D de faible épaisseur à

cause du flambage.

NOTE 2 Pour les essais de matériaux qui ne sont pas macroscopiquement homogènes, il est possible

d’utiliser une interface souple (composée uniquement de papier ou de carton) entre l’éprouvette et les

plateaux pour assurer une pression de contact régulière.

Lorsque les dimensions de l’éprouvette sont telles que le flambage de l’éprouvette peut se

produire, il est recommandé d’utiliser des dispositifs anti-flambage similaires à ceux décrits dans

l’ISO 14126. Il convient que ces dispositifs n’introduisent pas de contraintes parasites (c’est-à-dire

des contraintes autres que la contrainte axiale uniforme) pendant l’essai;

b) des mors sont utilisés pour fixer et mettre en charge l’éprouvette. Les mors doivent être conçus

de manière à éviter tout glissement de l’éprouvette. Ils doivent permettre l’alignement de l’axe de

l’éprouvette avec la direction de la force appliquée.

L’alignement doit être vérifié et documenté, par exemple, conformément à la procédure décrite à

l’Annexe B.
5.3 Mesurage de la déformation
5.3.1 Généralités

Pour le mesurage en continu de l’accourcissement en fonction de la force appliquée, il est possible

d’utiliser des jauges de déformation ou un extensomètre approprié. L’extensomètre doit satisfaire

au moins aux exigences de la classe 1 de l’ISO 9513. Il est recommandé de mesurer la déformation

longitudinale sur une longueur aussi grande que possible dans la section de jauge de l’éprouvette.

5.3.2 Jauges de déformation

Des jauges de déformation sont utilisées pour la vérification de l’alignement de l’éprouvette. Elles

peuvent également être utilisées pour mesurer l’accourcissement de l’éprouvette. Dans les deux

cas, la longueur des jauges de déformation doit être telle que la lecture ne soit pas affectée par les

caractéristiques locales à la surface de l’éprouvette, telles que des croisements de fibres. A moins qu’il

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ISO 20504:2006(F)

puisse être démontré que la lecture des jauges de déformation n’est pas exagérément influencée par des

déformations localisées, causées par exemple par des croisements de fibres, il convient que la longueur

des jauges de déformation ne soit pas inférieure à 9 mm à 12 mm pour la direction longitudinale et

à 6 mm en longueur pour la direction transversale. Il convient de choisir les jauges de déformation et les

adhésifs et de préparer la surface de l’éprouvette de manière à obtenir des performances adéquates. Il

convient d’utiliser un équipement approprié de conditionnement et d’enregistrement des déformations.

Il faut s’assurer que les résultats donnés par la jauge de déformation ne sont pas influencés par la

préparation de la surface et l’adhésif employé.
5.3.3 Extensométrie

La tolérance de linéarité de l’extensomètre doit être inférieure à 0,15 % de la plage d’utilisation de

l’extensomètre. Les extensomètres doivent au moins satisfaire aux exigences de la classe 1 de l’ISO 9513.

Les types d’extensomètres couramment utilisés sont décrits en 5.3.3.1 et 5.3.3.2.

5.3.3.1 Extensomètre mécanique

Pour un extensomètre mécanique, la longueur de jauge correspond à la distance entre les deux points

où l’extensomètre est fixé à l’éprouvette. Le montage de l’extensomètre sur l’éprouvette doit éviter

le glissement de l’extensomètre au niveau des points de contact et ne doit pas entraîner de rupture

sous les points de contact. Les forces de contact d’un extensomètre ne doivent pas entraîner de flexion

supérieure à celle autorisée en 5.2.
5.3.3.2 Extensomètre électro-optique

Les mesurages électro-optiques de la déformation nécessitent des pions de référence sur l’éprouvette.

A cet effet, des repères tels que des pions ou des cibles, sont fixés à l’éprouvette perpendiculairement à

son axe longitudinal. La longueur de jauge correspond à la distance entre les deux repères.

NOTE L’utilisation de pions intégrés dans la forme de l’éprouvette n’est pas recommandée du fait des

concentrations de contrainte induites par ces singularités.
5.4 Système d’enregistrement des données

Un enregistreur étalonné peut être utilisé pour enregistrer les courbes force-accourcissement. Il est

recommandé d’utiliser un système d’enregistrement numérique des données.
5.5 Dispositifs de mesurage des dimensions

Les dispositifs utilisés pour le mesurage des dimensions linéaires de l’éprouvette doivent être précis

à ± 0,1 mm. Les micromètres doivent être conformes à l’ISO 3611.
6 Éprouvettes
6.1 Généralités
Le choix de la géométrie de l’éprouvette dépend de plusieurs paramètres:
— la nature du matériau et la structure du renfort;
— le type d’application de la charge.

Le rapport entre la longueur et l’épaisseur de l’éprouvette, en plus de la rigidité du matériau, aura une

influence sur la résistance au flambage de l’éprouvette.

Si le flambage se produit, il peut être nécessaire de modifier les dimensions de l’éprouvette ou,

en variante, d’utiliser un dispositif anti-flambage (par exemple des guides latéraux fixes placés

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ISO 20504:2006(F)

contre l’éprouvette de manière à permettre un mouvement longitudinal libre tout en supprimant

simultanément le mouvement transversal).
Le volume dans la longueur de jauge doit être représentatif du matériau.
On peut distinguer deux types d’éprouvettes:

a) les éprouvettes dont seules la longueur et la largeur ont été usinées aux dimensions voulues. Dans

ce cas, les deux faces de l’éprouvette peuvent présenter des surfaces irrégulières alors que les deux

bords présentent des surfaces usinées régulières;

b) les éprouvettes usinées, dont la longueur, la largeur et les deux faces ont été obtenues par usinage

et qui présentent des surfaces usinées régulières.

La tolérance sur l’épaisseur concerne uniquement les secondes éprouvettes usinées. Pour les premières

éprouvettes, il convient que la différence d’épaisseur entre trois mesurages (au centre et à chaque

extrémité de la longueur de la section de jauge) ne dépasse pas 5 % de la moyenne des trois mesurages.

6.2 Compression entre plateaux

La géométrie de l’éprouvette et/ou les interfaces souples peuvent être adaptées de manière à éviter tout

flambage ou dommage au niveau des bords en raison des forces de contact.

Le type 1 est couramment utilisé et représenté à la Figure 1. Les dimensions recommandées sont

données dans le Tableau 1.
a) Éprouvette b) Exemple de guides anti-flambage
6 © ISO 2006 – Tous droits réservés
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ISO 20504:2006(F)
Légende
1 enclume de mise en charge 4 joint torique
2 éprouvette 5 cadre
3 support latéral 6 longueur non supportée

Figure 1 — Éprouvette de compression (type 1) utilisée entre des plateaux et guides anti-

flambage

Tableau 1 — Dimensions de l’éprouvette de compression (type 1) utilisée entre des plateaux

Dimensions en millimètres
Paramètre 1D, 2D, xD Tolérance
l, longueur de la section de jauge ≥ 15 ± 0,5
l , longueur totale ≥ 1,5 × l mm ± 0,5
d, longueur ou diamètre de la section carrée ou cylindrique ≥ 8 ± 0,2
Parallélisme des parties usinées 0,05 N/A
Perpendicularité des parties usinées 0,05 N/A
Concentricité des parties usinées 0,05 N/A

Le type 2 est de forme cylindrique et n’est pas utilisé aussi fréquemment que le type 1. Il est représenté

à la Figure 2 et les dimensions recommandées sont données dans le Tableau 2.
Figure 2 — Éprouvette de compression (type 2) utilisée entre des plateaux

Tableau 2 — Dimensions de l’éprouvette de compression (type 2) utilisée entre des plateaux

Dimensions en millimètres
Paramètre 1D, 2D, xD Tolérance
l, longueur de la section de jauge ≥ 10 ± 0,5
d, section cylindrique ou carrée ≥ 10 ± 0,2
Parallélisme des parties usinées 0,05 N/A
Perpendicularité des parties usinées 0,05 N/A

NOTE Ce type d’éprouvette est principalement utilisé quand l’épaisseur de la pièce n’est pas suffisante pour permettre

l’usinage d’une éprouvette de type 1.
6.3 Éprouvettes utilisées avec des mors

Pour ces types d’éprouvettes, la longueur totale l dépend du système de prise en mors. Ces types

d’éprouvettes permettent de réaliser l’essai sur des éprouvettes minces sans dispositif anti-flambage. Il

est cependant nécessaire de vérifier que le rapport l/h choisi ne provoque pas de flambage.

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Le type 3 est représenté à la Figure 3 et les dimensions recommandées sont données dans le Tableau 3.

Figure 3 — Éprouvette de compression (type 3) destinée à être utilisée avec des mors

Tableau 3 — Dimensions de l’éprouvette de compression (type 3) destinée à être utilisée

avec des mors
Dimensions en millimètres
Paramètre 1D, 2D, xD Tolérance
Éprouvette longue
l , longueur totale de l’éprouvette ≥ 1,5 × l mm ± 0,5
l, longueur de la section de jauge ≥ 15 ± 0,5
h, épaisseur ≥ 3 ± 0,2
b , largeur dans la longueur de section de jauge ≥ 8 ± 0,2
b , largeur b = αb avec α: 1,2 à 2 ± 0,2
2 2 1
r, rayon ≥ 30 ± 2
Parallélisme des surfaces usinées 0,05 N/A
Éprouvette courte
l , longueur totale de l’éprouvette ≥ 1,5 × l mm ± 0,5
l, longueur de la section de jauge ≤ 15 ± 0,5
h, épaisseur ≥ 3 ± 0,2
b , largeur dans la longueur de section de jauge ≥ 8 ± 0,2
b , largeur b = αb avec α: 1,2 à 2 ± 0,2
2 2 1
r, rayon ≥ 30 ± 2
Parallélisme des surfaces usinées 0,05 N/A

NOTE Ce type d’éprouvette est recommandé en cas de flambage avec les dimensions du Tableau 3 (pour les grandes

longueurs). Avec ce type d’éprouvette, il est très difficile mesurer la déformation.

Le type 4 est une éprouvette à flancs droits. Il est représenté à la Figure 4 et les dimensions sont

données dans le Tableau 4.
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ISO 20504:2006(F)
Figure 4 — Éprouvette de compression destinée à être utilisée avec des mors
(flancs droits, sans talons)

Tableau 4 — Dimensions de l’éprouvette de compression (type 4) destinée à être utilisée

avec des mors (flancs droits, sans talons)
Dimensions en millimètres
Paramètre 1D, 2D, xD Tolérance
l , longueur totale ≥ 100 ± 0,5
l, longueur de la section de jauge (non prise en mors) ≥ 40 ± 0,2
...