ISO 537:1989
(Main)Plastics — Testing with the torsion pendulum
Plastics — Testing with the torsion pendulum
Plastiques — Essai au pendule de torsion
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INTER NATIONAL
IS0
STANDARD
537
Second edition
1989-12-01
Plastics - Testing with the torsion pendulum
Plastiques - Essai au pendule de torsion
Reference number
IS0 537 : 1989 (E)
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IS0 537 : 1989 (E)
Foreword
IS0 (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of
national standards bodies (IS0 member bodies). The work of preparing International
Standards is normally carried out through IS0 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, govern-
mental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. IS0
collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all
matters of electrotechnical standardization.
Draft International Standards adopted by the technical committees are circulated to
the member bodies for approval before their acceptance as International Standards by
the IS0 Council. They are approved in accordance with IS0 procedures requiring at
least 75 % approval by the member bodies voting.
International Standard IS0 537 was prepared by Technical Committee ISO/TC 61,
Plastics.
This second edition cancels and replaces the first edition (IS0 537 : 1980), of which it
constitutes a technical revision.
Annexes A and B of this International Standard are for information only.
o IS0 1989
All rights reserved. No part of this publication may be reproduced or utilized in any form or by any
means, electronic or mechanical, including photocopying and microfilm, without permission in
writing from the publisher.
International Organization for Standardization
Case postale 56 O CH-121 1 Genève 20 O Switzerland
Printed in Switzerland
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IS0 537 : 1989 (E)
INTER NAT1 ON AL STANDARD
Plastics - Testing with the torsion pendulum
IS0 472 : 1988, Plastics - Vocabulary.
1 Scope
This International Standard specifies two methods (A and B)
IS0 2856 : 1981, Elastomers - General requirements for
for determining, as a function of temperature, dynamic
dynamic testing.
mechanical properties (shear modulus and mechanical damp-
ing) of plastics for small deformations within the frequency
IS0 4593 : 1979, Plastics - Film and sheeting - Determi-
range from 0,l Hz to 10 Hz. The values of shear modulus and
nation of thickness by mechanical scanning.
mechanical damping as measured by one of these methods
may not be in agreement with the values as measured by the
IS0 6721 : 1983. Plastics - Determination of dampingproper-
other. The temperature dependence of these quantities over a
ties and complex modulus by bending vibration.
sufficiently broad range of temperatures (for example from
-50 OC to + 150 OC for the majority of commercially avail-
able plastics) allows the transition regions (for example the
"glassy/rubbery" transition) of the polymer to be determined.
3 Definitions
It also gives information concerning the onset of plastic flow.
Methods A and 6 described here are not applicable to non-
For the purposes of this International Standard, the following
symmetrical laminates, for which attention is drawn to
definitions, as well as those given in IS0 472, IS0 2856 and
IS0 6721.
IS0 6721, apply.
3.1 shear modulus, G: For a body under shear, the shear
2 Normative references
modulus G is the ratio of the shear stress and the shear strain.
The shear modulus is determined by measuring the frequency
The following standards contain provisions which, through
of free torsional oscillations of small amplitude. Defined in this
reference in this text, constitute provisions of this International
way, the shear modulus is a measure of the stiffness of the
Standard. At the time of publication, the editions indicated
material under test.
were valid. All standards are subject to revision, and parties to
agreements based on this International Standard are encour-
3.2 logarithmic decrement of damping, A: For an
aged to investigate the possibility of applying the most recent
oscillating body, the logarithmic decrement of damping A is the
editions of the standards indicated below. Members of IEC and
natural logarithm of the ratio of the amplitudes of two suc-
IS0 maintain registers of currently valid International Stan-
cessive oscillations in the same direction. For a test specimen
dards.
made of a particular material, the logarithmic decrement is a
measure of the internal damping properties of the material.
IS0 291 : 1977, Plastics - Standard atmospheres for con-
ditioning and testing.
3.3 mechanical loss factor, d: A parameter (see annex A)
IS0 293 : 1986, Plastics - Compression moulding test
represented to a good approximation by the formula
specimens of thermoplastic materials.
IS0 294 : 1975, Plastics - Injection moulding test specimens
. (1)
of thermoplastic materials.
1
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IS0 537 : 1989 (E)
4 Principle 5.1.1.2 Method B (see figure 2)
The total weight of the disc, the upper clamp and the rod shall
A test specimen of rectangular cross-section is clamped be-
tween a fixed clamp and a rotatable clamp. The rotatable clamp be compensated by a suitable counterweight in such a way that
the tensile stress on the specimen does not exceed 0,l MPa.
is connected to an inertial member (disc) by a connecting rod in
such a way that, when the disc is set in oscillatory motion Discs with a broad range of moments of inertia may be used,
however, depending on the purpose of the test. In the case of
about its axis, the specimen is induced to perform torsional
method B, not only the specimen, upper clamp, rod and disc,
oscillations with it.
but also the wire supporting these parts, belong to the
oscillating system.
The driving disc may be suspended, by means of the rod, from
the specimen (method A), in which case the oscillating system
comprises the disc, rod and specimen (see figure 11, or it may
5.1.2 Clamps
be positioned above the specimen (method BI, supported by a
counterweight to which it is linked by a wire, in which case the
The clamps shall be designed to prevent slippage of the gripped
wire also forms part of the oscillating system (see figure 2).
so that the
parts of the specimen. They shall be self-aligning,
specimen axis is maintained coincident with the axis of ro-
tation, and be able to adequately secure the test piece over the
temperature range of interest without distortion, thus allowing
5 Apparatus
the free length to be accurately known.
The clamp at the free end of the specimen shall be of low mass
5.1 Torsion pendulum
-
and negligible moment of inertia. If the latter is not the case,
the moment of inertia of the whole system (consisting of this
Two types of torsion pendulum apparatus are specified in this
clamp, the disc and the rod connecting them) shall be deter-
International Standard, namely:
mined experimentally.
-
driving disc suspended from test specimen, lower end
In order to prevent heat conduction between the specimen and
of specimen rotatable (method A, figure 1);
the space outside the temperature-controlled chamber, the rod
connecting the clamp at the free end of the specimen with the
- test specimen suspended from driving disc (with a wire
disc shall be designed so that it is sufficiently thermally in-
and counterweight), upper end of specimen rotatable
sulating.
(method 6, figure 2).
5.1.3 Temperature-controlled chamber
In both cases, the torsion pendulum apparatus consists of the
driving disc, two clamps for gripping the specimen (one of
The test specimen and the clamps shall be enclosed in a
which is connected to the disc by a rod and is able to rotate
temperature-controlled chamber. The chamber shall contain
freely with the disc) and a temperature-controlled chamber
either air or inert gas, depending on the purpose of the test.
surrounding the specimen and the clamps. For method B, a
When inert gas is used, it shall be under slight pressure, i.e. a
counterweight supporting the disc with the aid of a wire is also
stream of gas shall be passed through the chamber at a rate of
necessary.
about 1 200 ml/h.
The rod connecting the disc with the rotating clamp shall not
5.1.1 Driving disc
-
be in contact with the wall of the chamber, but the distance
between the rod and the wall shall be just sufficient to allow the
5.1.1.1 Method A (see figure 1)
oscillating system to move freely.
The total mass of the disc (which may be made of aluminium,
The temperature-controlled chamber shall be designed so that
for example), the lower clamp and the rod connecting them
its temperature can be adjusted between limits wide enough
shall be such that the tensile stress acting on the specimen
apart (for instance - 100 OC and 300 OC or -60 OC and
does not exceed 0.1 MPa. The moment of inertia I of the disc
300 OC) to permit the selection of a temperature range which is
shall be selected as a function of the stiffness of the specimen
suitable for the particular material under test and the purpose of
and the total mass of the disc, clamp and rod so that the natural
the test. It is recommended that the chamber be provided with
frequency of the system, which is temperature-dependent, is
temperature-programming facilities.
between 0,l Hz and 10 Hz.
The temperature in the vicinity of the specimen shall be uniform
For testing standard specimens (see 6.2). a value of I of about
to within k 1 K along the whole length of the specimen. If the
3x 10-5 kg.m2 is recommended. If, however, a nearly cons-
constant-temperature procedure is used (see 7.3. I), the
tant frequency over a broad temperature range is desired,
temperature variation shall not exceed k 1 K during the test.
several discs with different values of I may be used, provided
When a constant rate of increase (or decrease) in temperature
that the tensile stress on the specimen does not become too
is to be applied (see 7.3.21, the rate shall be not greater than
high (see above).
120 K/h and the temperature shall not vary by more than
k 0,25 K in the close vicinity of the specimen during a single
NOTE - For certain materials, e.g. filled polymers and semi-crystalline measurement (a series of free oscillations after one twist im-
polymers, a value of I of about 5 x 10-5 kg.m2 may be necessary. pulse has been applied to the oscillating system).
2
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IS0 537 : 1989 (E)
Upper (fixed) clamp
O
Test specimen
O
Lower (rotatable) clamp
O
Disc
O
Temperature-controlled chamber
O
Figure 1 - Apparatus for method A
@
t
Counterweight
@ Wire
@ Disc
-4
Upper (rotatable) clamp
--
O
I @
O Test specimen
Temperature-controlled chamber
@
0 Lower (fixed) clamp
Figure 2 - Apparatus for method B
3
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IS0 537 : 1989 (E)
5.2 Device for setting the oscillating system in 6.2 Shape and dimensions
motion
It is recommended that rectangular test specimens with the
:
following dimensions be used
The device for setting the oscillating system in motion shall be
capable of applying to the oscillating system a single twist im-
-
free length (distance between clamps), L: 40 mm to
pulse such that the angle of twist of the resultant oscillatory
120 mm, preferably 50 mm;
motion does not exceed 1,5O in either direction.
-
width, h: 5 mm to 11 mm, preferably 10 mm;
When testing low-modulus materials (similar to elastomers),
the angle of twist shall not exceed 3' in either direction.
thickness, II: 0,15 mm to 2 mm, preferably 1 mm.
5.3 Devices for recording the oscillatory motion
Specimens of rectangular cross-section whose thickness
and for measuring the oscillation frequency and
andior width varies along the main axis of the specimen by
the logarithmic decrement
more than 3 % of the mean value shall not be used. When
comparing specimens made of different materials, the dimen-
Optical, electrical or other recording equipment may be used
sions shall be identical. In the case of rectangular specimens
provided no additional damping is caused by them. If a chart
whose dimensions differ from the preferred dimensions given
recorder is employed, the chart strip shall move with a speed
above, the dimensions of the specimens shall be chosen, as far
iiot varying by more than k 1 %. The devices for measuring
as possible, so that the ratios Llh and hill are t
...
NORME IS0
I NTER NATIONALE 537
Deuxième édition
1989-1 2-01
~ ~ ~ ~~
Plastiques - Essai au pendule de torsion
Plastics - Testing with the torsion pendulum
-~
~~
Numéro de référence
IS0 537 1989 (F)
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IS0 537 : 1989 (FI
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale
d‘organismes nationaux de normalisation (comités membres de I’ISO). L’élaboration
des Normes internationales est en général confiée aux comités techniques de I’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 I’ISO participent également aux travaux. L‘ISO col-
labore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techniques sont soumis
aux comités membres pour approbation, avant leur acceptation comme Normes inter-
nationales par le Conseil de I’ISO. Les Normes internationales sont approuvées confor-
mément aux procédures de I’ISO qui requièrent l‘approbation de 75 % au moins des
comités membres votants.
La Norme internationale IS0 537 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 61,
Plastiques.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (IS0 537 : 19801, dont
elle constitue une révision technique.
Les annexes A et B de la présente Norme internationale sont données uniquement à
titre d’information.
O IS0 1989
Droits de reproduction réservés. Aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni
utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,
y compris la photocopie et les microfilms, sans l‘accord écrit de l‘éditeur.
Organisation internationale de normalisation
Case postale 56 0 CH-1211 Genève 20 0 Suisse
Imprimé en Suisse
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NORM E INTERN ATlON ALE IS0 537 : 1989 (FI
Plastiques - Essai au pendule de torsion
IS0 472 : 1988, Plastiques - Vocabulaire.
1 Domaine d'application
La présente Norme internationale prescrit des méthodes pour la
IS0 2856 : 1981, Elastomères - Spécifications générales pour
détermination des caractéristiques mécaniques dynamiques essais dynamiques.
(module de cisaillement et amortissement mécanique) des
plastiques dans la gamme des petites déformations, en fonc-
IS0 4593 : 1979, Plastiques - Film et feuille - Détermination
tion de la température, dans la gamme de fréquences allant de
de /'épaisseur par examen mécanique.
0,l Hz à 10 Hz. Le module de cisaillement et l'amortissement
mécanique déterminés par les méthodes A et B ne sont pas en
IS0 6721 : 1983, Plastiques - Détermination des propriétés
accord l'un avec l'autre. La dépendance de ces grandeurs vis-à-
d'amortissement et du module complexe, au moyen de vibra-
vis de la température dans une gamme de températures suf-
tion en flexion.
fisamment large (par exemple de -50 OC à + 150 OC pour la
majorité des polymères du commerce) détermine les zones de
transition (par exemple état ((vitreux-élastomérique))), du
polymère. Elle donne kgalement des informations concernant le
3 Définitions
début du fluage. Les méthodes A et B prescrites dans la
présente Norme internationale ne sont pas applicables à des
Pout les besoins de la présente Norme internationale, les défini-
laminés non symétriques (voir IS0 6721 1.
tions données dans I'ISO 472, 1'1S0 2856 et I'ISO 6721, ainsi
que les suivantes s'appliquent.
-
2 Références normatives
3.1 module de cisaillement, G: Quotient de la contrainte
de cisaillement en phase par la déformation angulaire (cisaille-
Les normes suivantes contiennent des dispositions qui, par
suite de la référence qui en est faite, constituent des disposi- ment) résultant de l'éprouvette, mesuré dans la zone des faibles
tions valables pour la présente Norme internationale. Au mo- déformations récupérables. Ceci est la partie réelle du module
ment de la publication, les éditions indiquées étaient en de cisaillement complexe. G est la mesure de la rigidité du
Toute norme est sujette à révision et les parties matériau considéré.
vigueur.
prenantes des accords fondés sur la présente Norme interna-
tionale sont invitées à rechercher la possibilité d'appliquer les
3.2 décrément logarithmique de l'amortissement, A :
éditions les plus récentes des normes indiquées ci-après. Les
Logarithme népérien du rapport des amplitudes de deux oscilla-
I'ISO possèdent le registre des Normes
membres de la CE1 et de
tions successives. Il constitue une mesure de l'amortissement
internationales en vigueur à un moment donné.
des oscillations libres de torsion du matériau considéré.
IS0 291 : 1977, Plastiques - Atmosphères normales de condi-
tionnement et d'essai.
3.3 facteur de perte mécanique, d: Facteur donné avec
une bonne approximation par l'équation suivante (voir
IS0 293 : 1986, Plastiques - Moulage par compression des
A) :
annexe
éprouvettes en matières thermoplastiques.
A
IS0 294 : 1975, Matières plastiques - Moulage par injection
d=-
...
des éprouvettes en matières thermoplastiques.
7[
1
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IS0 537 : 1989 (FI
4 Principe 5.1.1.2 Pour la méthode B (voir figure 2)
Le poids total du disque, du mors supérieur et de l’axe doit être
Une éprouvette de forme rectangulaire est fixée entre un mors
compensé à l‘aide d’un contrepoids convenable de facon que la
fixe et un mors en rotation. Le mors tournant est relié à un dis-
contrainte de traction sur l’éprouvette ne dépasse pas O, 1 MPa.
que d’entraînement à l’aide d’un axe. L’éprouvette est soumise
A d’autres égards, selon le but de l’essai, des disques présen-
ensemble avec le disque à des oscillations libres en torsion.
tant une large gamme de moments d‘inertie peuvent être utili-
sés. Dans le cas de la méthode B, le câble supporte donc en
Le disque d’entraînement est positionné soit au-dessous de
plus l’éprouvette, le mors supérieur, l’axe et le disque, ces élé-
l’éprouvette (méthode A), soit au-dessus de l’éprouvette,
ments appartenant au système oscillant.
à l‘aide d’un
l’ensemble étant supporté par un contrepoids
câble (méthode B). Dans ce dernier cas, le câble est aussi un
élément du système.
5.1.2 Mors
Les mors doivent être concus de facon à empêcher tout glisse-
ment des parties fixées des éprouvettes; ils doivent être auto-
5 Appareillage
alignants afin de maintenir l’axe de l’éprouvette en coi’ncidence
avec l’axe de rotation et doivent pouvoir maintenir solidement
l‘éprouvette sur toute la gamme de températures d‘intérêt sans
5.1 Pendule de torsion
distorsion, permettant ainsi de connaître la longueur libre avec
précision.
Deux types de pendule de torsion sont prescrits dans la pré-
-
à savoir:
sente Norme internationale.
Le mors à l’extrémité libre de l’éprouvette doit être léger et avoir
un moment d’inertie négligeable. Si cela n’est pas le cas, le
- l‘éprouvette supporte le disque d’entraînement; la par-
moment d’inertie de l‘ensemble du système comportant ce
tie inférieure de l’éprouvette est mobile (méthode A,
mors, le disque et l’axe reliant les deux, doit être déterminé
figure 1);
expérimentalement.
- l’éprouvette est supportée par le disque (à l‘aide d’un
Dans le but d’empêcher la conduction de la chaleur entre
câble et d‘un contrepoids); la partie supérieure de I‘éprou- l‘éprouvette et l’espace extérieur, l’enceinte thermostatée, l’axe
vette est mobile (méthode B, figure 2). reliant le mors à l’extrémité libre de l‘éprouvette avec le disque
doit être réalisé dans un matériau suffisamment isolant thermi-
que.
Dans les deux cas, le pendule de torsion est constitué d‘un dis-
que d‘entraînement, de deux mors pour fixer l’éprouvette (dont
l’un relié au disque par un axe est en rotation libre sur le disque)
5.1.3 Enceinte thermostatée
et d’une chambre thermostatée entourant l‘éprouvette et les
mors. Pour la méthode B en plus, un contrepoids supportant le
L’éprouvette et le mors doivent être enfermés dans une
disque à l’aide d’un câble est nécessaire.
enceinte thermostatée. Suivant le but de l’essai, l‘enceinte ther-
mostatée doit être remplie d’air ou d’un gaz inerte. Lorsqu’on
5.1.1 Disque d’entraînement utilise un gaz inerte comme agent d’environnement, il doit être
sous faible pression, c’est-à-dire que le courant gazeux doit cir-
culer à un débit d’environ 1 200 rnl/h.
5.1.1.1 Pour la méthode A (voir figure 1)
L’axe reliant le disque avec le mors inférieur ou supérieur ne
La masse totale du disque (réalisé en aluminium par exemple),
doit pas être en contact avec la paroi de l’enceinte; mais la dis-
le mors inférieur, et l‘axe reliant les deux doivent être tels que la
tance entre l’axe et celle-ci doit être juste suffisante pour per-
contrainte de traction sur l’éprouvette ne dépasse pas 0,l MPa.
mettre une libre rotation du système oscillant.
Le moment d’inertie I du disque doit être ajusté en fonction de
la rigidité de l‘éprouvette, ainsi que la masse totale du disque,
L’enceinte thermostatée doit être concue pour une gamme de
du mors et de l‘axe de telle facon que la fréquence naturelle du
températures suffisante selon le matériau à essayer et le but de
système, fonction de la température, soit située entre 0,l Hz et
l‘essai (par exemple de - 100 OC ou -- 60 OC à 300 “Cl. II est
10 Hz.
recommandé que la chambre soit pourvue d’un équipement
pour la programmation de la température pendant l‘essai.
Pour les éprouvettes normalisées (voir 6.2) une valeur de I
d’environ 3 x 10-5 kg.m2 est recommandée. Si, cependant,
La température au voisinage de l‘éprouvette doit rester cons-
une fréquence à peu près constante dans une large gamme de tante à I 1 K sur toute la longueur de l‘éprouvette. Si le mode
températures est souhaitée, plusieurs disques avec différentes
opératoire à température constante est utilisé (voir 7.3.1 ), la
I peuvent être utilisés, pourvu que la contrainte de
valeurs de température ne doit pas varier de plus de + 1 K pendant
traction sur l‘éprouvette n’atteigne pas des valeurs trop élevées
l‘essai. Lorsqu‘une élévation (ou diminution) constante de tem-
(voir ci-dessus). pérature est demandée (voir 7.3.21, la progression ne doit pas
dépasser 120 K/h et la température à proximité immédiate de
l‘éprouvette ne doit pas varier de plus de * 0,25 K au moment
NOTE - Pour certains matériaux, par exemple des polymères conte-
d’un mesurage individuel (série d’oscillations libres après un
nant des charges, des polymères semi-cristallins, une valeur de I
d‘environ 5 x 10-5 kg,m2 peut être nécessaire.
tour d’impulsion).
2
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IS0 537 : 1989 (FI
Mors supérieur avec axe fixe
Eprouvette
@ O
-t
Mors inférieur, accouplé au disque par l’intermédiaire de l‘axe
O
@ Disque
Enceinte thermostatée
Figure 1 - Appareillage pour la méthode A
Contrepoids
@ Câble
@ Disque
Mors mobile supérieur
O
@ Éprouvette
Enceinte thermostatée
@
0 Mors fixe inférieur
Figure 2 - Appareillage pour la méthode B
3
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IS0 537 : 1989 (FI
5.2 Dispositif pour démarrer l‘oscillation 6.2 Forme et dimensions
Il est recommandé d‘utiliser des éprouvettes rectangulaires
Le dispositif pour démarrer l’oscillation doit pouvoir appliquer
ayant les dimensions suivantes:
une impulsion simple par torsion au système oscillant avec un
angle de torsion ne dépassant pas 1,5O dans l’une ou l‘autre
- longueur libre (distance entre mors), L: 40 mm à
direction.
120 mm, de préférence 50 mm;
Lors de l’essai de matériaux à bas module (semblables aux élas-
-
largeur, h: 5 mm à 11 mm, de préférence 10 mm;
tomères), l’angle de torsion ne doit pas dépasser 3O dans l‘une
ou l’autre direction.
épaisseur, h: 0,15 mm à 2 mm, de préférence 1 mm
Les éprouvettes à section transversale rectangulaire dont la
5.3 Appareils d‘enregistrement des oscillations,
variation d’épaisseur ou de largeur est supérieure à 3 ‘%O de la
pour le mesurage des fréquences et du décrément
valeur moyenne arithmétique doivent être exclues de l’essai.
logarithmique
Dans le but de comparer des éprouvettes en provenance de dif-
férents matériaux, les dimensions doivent être identiques. Dans
Des dispositifs enregistreurs optiques, électriques ou autres
le cas d’éprouvettes dont les dimensions diffèrent de celles pré-
peuvent être utilisés, s‘ils n‘exercent aucun effet d’amortisse-
férentielles indiquées ci-dessus, celles-ci doivent être si possible
ment supplémentaire. Si l‘on utilise des enregistreurs, la vitesse
dans le même rapport Lih et h/h que celles préférentielles.
de la bande enregistreuse ne doit pas varier de plus de i 1 Yo.
Tout l’équipement pour le mesurage de la fréquence et du D’autres formes d’éprouvettes peuvent être utilisées (par exern-
décrément logarithmique doit rendre possible la mesure de ces ple cylindrique ou tubulaire); dans
...
Questions, Comments and Discussion
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