ISO 179-2:2020
(Main)Plastics — Determination of Charpy impact properties — Part 2: Instrumented impact test
Plastics — Determination of Charpy impact properties — Part 2: Instrumented impact test
1.1 This document specifies a method for determining Charpy impact properties of plastics from force-deflection diagrams. Different types of rod-shaped test specimens and test configurations, as well as test parameters depending on the type of material, the type of test specimen and the type of notch, are defined in ISO 179-1. Dynamic effects such as load-cell/striker resonance, test specimen resonance and initial-contact/inertia peaks are described in this document (see Figure 1, Curve b, and Annex A). 1.2 ISO 179-1 is suitable for characterizing the impact behaviour by the impact strength only and for using apparatus whose potential energy is matched approximately to the particular energy to break to be measured (see ISO 13802:2015, Annex E). This document is used to record a force-deflection or force-time diagram for detailed characterization of the impact behaviour, and for developing automatic apparatus, i.e. avoiding the need to match energy. The method described in this document is also suitable for: — acquiring more and different materials characteristics under impact conditions; — supervising the Charpy test procedure, as this instrumentation allows detection of typical operational mistakes, such as the specimen not being in close contact with the supports; — automatically detecting the type of break; — pendulum type instruments to avoid frequent changes of pendulum hammers; — measuring fracture mechanical properties described in other ISO standards. 1.3 For the range of materials which can be tested by this method, see ISO 179-1:2010, Clause 1. 1.4 For the general comparability of test results, see ISO 179-1:2010, Clause 1. 1.5 Information on the typical behaviour of materials can be obtained by testing at different temperatures, by varying the notch radius and/or specimen thickness and by testing specimens prepared under different conditions. It is not the purpose of this document to give an interpretation of the mechanism occurring at every point on the force-deflection diagram. These interpretations are a task for on-going scientific research. 1.6 The test results obtained with this method are comparable only if the conditions of test specimen preparation, as well as the test conditions, are the same. The impact behaviour of finished products cannot, therefore, be predicted directly from this test.
Plastiques — Détermination des caractéristiques au choc Charpy — Partie 2: Essai de choc instrumenté
1.1 Le présent document spécifie une méthode pour la détermination des propriétés des plastiques au choc Charpy à partir de diagrammes force/flèche. L'ISO 179-1 définit différents types d'éprouvettes en forme de barreau, diverses configurations d'essai, ainsi que les paramètres d'essai à adopter suivant le type de matériau, d'éprouvette et d'entaille. En outre, le présent document décrit les effets dynamiques, tels que la résonance de la cellule de charge/du percuteur, la résonance de l'éprouvette et les pics d'inertie au contact initial (voir la Figure 1, courbe b, et l'Annexe A). 1.2 L'ISO 179-1 est utilisable pour caractériser le comportement au choc, mais uniquement à partir de la résistance au choc et avec un appareil dont l'énergie potentielle est adaptée à l'énergie particulière à la rupture à mesurer (voir l'ISO 13802:2015, Annexe E). Le présent document est utilisé pour enregistrer un diagramme force/flèche ou force/temps pour caractériser le comportement au choc et pour mettre au point un appareillage automatique, c'est-à-dire un appareillage qui évite l'ajustement des énergies. La méthode décrite dans le présent document convient également pour: — acquérir davantage de caractéristiques et des caractéristiques de matériaux différents dans des conditions de choc; — superviser le mode opératoire d'essai Charpy, car ces instruments permettent la détection d'erreurs opérationnelles type, par exemple lorsque l'éprouvette n'est pas en contact étroit avec les supports; — détecter automatiquement le type de rupture; — les instruments de type à pendule pour éviter des changements fréquents de marteaux; — mesurer les propriétés mécaniques de rupture décrites dans d'autres normes ISO. 1.3 En ce qui concerne l'éventail des matériaux pouvant être soumis à l'essai au moyen de la présente méthode, voir l'ISO 179-1:2010, Article 1. 1.4 En ce qui concerne la comparabilité générale des résultats d'essai, voir l'ISO 179-1:2010, Article 1. 1.5 Des informations relatives au comportement caractéristique des matériaux peuvent être obtenues en conduisant les essais à différentes températures, en faisant varier le rayon de l'entaille et/ou l'épaisseur de l'éprouvette et en soumettant à l'essai des éprouvettes ayant été préparées dans différentes conditions. Le présent document n'a pas pour but de donner une explication du mécanisme qui intervient à chaque point particulier du diagramme force/flèche. Ces explications sont étudiées dans le cadre des recherches scientifiques actuellement en cours. 1.6 Les résultats d'essai obtenus avec cette méthode ne sont comparables qui si les conditions de préparation des éprouvettes et les conditions d'essai retenues sont les mêmes. De ce fait, le comportement au choc des produits finis ne peut pas être directement déduit de l'essai.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 179-2
Second edition
2020-05
Plastics — Determination of Charpy
impact properties —
Part 2:
Instrumented impact test
Plastiques — Détermination des caractéristiques au choc Charpy —
Partie 2: Essai de choc instrumenté
Reference number
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©
ISO 2020
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ISO 179-2:2020(E)
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ISO 179-2:2020(E)
Contents Page
Foreword .iv
1 Scope . 1
2 Normative references . 2
3 Terms and definitions . 2
4 Principle . 7
5 Apparatus . 7
6 Test specimens.11
7 Procedure.11
8 Calculation and expression of results .12
8.1 General .12
8.2 Calculation of deflection .12
8.3 Calculation of energy .13
8.4 Calculation of impact strength .14
8.4.1 Unnotched test specimens.14
8.4.2 Notched test specimens .14
8.5 Statistical parameters .15
8.6 Number of significant figures .15
9 Precision .15
10 Test report .15
Annex A (informative) Inertial peak .17
Annex B (informative) Mass of frame .20
Annex C (informative) Precision data .21
Bibliography .23
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ISO 179-2:2020(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/ directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/ patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation on the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the
World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see the following
URL: www .iso .org/ iso/ foreword .html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 61, Plastics, Subcommittee SC 2,
Mechanical properties, in collaboration with the European Committee for Standardization (CEN)
Technical Committee CEN/TC 249, Plastics, in accordance with the Agreement on technical cooperation
between ISO and CEN (Vienna Agreement).
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 179-2:1997), which has been technically
revised. It also incorporates the Technical Corrigendum ISO 179-2:1997/Cor 1:1998 and the Amendment
ISO 179-2:1997/Amd 1:2011.
The main changes compared to the previous edition are as follows:
— references to ISO 13802:2015 have been updated;
— force calibration requirements have been clarified;
— a new subclause for the determination of test speed when using falling mass instruments has been
added (see 5.1.6).
A list of all parts of the ISO 179 series can be found on the ISO website.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www .iso .org/ members .html.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 179-2:2020(E)
Plastics — Determination of Charpy impact properties —
Part 2:
Instrumented impact test
1 Scope
1.1 This document specifies a method for determining Charpy impact properties of plastics from
force-deflection diagrams. Different types of rod-shaped test specimens and test configurations, as well
as test parameters depending on the type of material, the type of test specimen and the type of notch, are
defined in ISO 179-1.
Dynamic effects such as load-cell/striker resonance, test specimen resonance and initial-contact/
inertia peaks are described in this document (see Figure 1, Curve b, and Annex A).
1.2 ISO 179-1 is suitable for characterizing the impact behaviour by the impact strength only and for
using apparatus whose potential energy is matched approximately to the particular energy to break
to be measured (see ISO 13802:2015, Annex E). This document is used to record a force-deflection or
force-time diagram for detailed characterization of the impact behaviour, and for developing automatic
apparatus, i.e. avoiding the need to match energy.
The method described in this document is also suitable for:
— acquiring more and different materials characteristics under impact conditions;
— supervising the Charpy test procedure, as this instrumentation allows detection of typical
operational mistakes, such as the specimen not being in close contact with the supports;
— automatically detecting the type of break;
— pendulum type instruments to avoid frequent changes of pendulum hammers;
— measuring fracture mechanical properties described in other ISO standards.
1.3 For the range of materials which can be tested by this method, see ISO 179-1:2010, Clause 1.
1.4 For the general comparability of test results, see ISO 179-1:2010, Clause 1.
1.5 Information on the typical behaviour of materials can be obtained by testing at different
temperatures, by varying the notch radius and/or specimen thickness and by testing specimens prepared
under different conditions.
It is not the purpose of this document to give an interpretation of the mechanism occurring at every
point on the force-deflection diagram. These interpretations are a task for on-going scientific research.
1.6 The test results obtained with this method are comparable only if the conditions of test specimen
preparation, as well as the test conditions, are the same. The impact behaviour of finished products
cannot, therefore, be predicted directly from this test.
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ISO 179-2:2020(E)
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For
undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 179-1:2010, Plastics — Determination of Charpy impact properties — Part 1: Non-instrumented
impact test
ISO 291, Plastics — Standard atmospheres for conditioning and testing
ISO 2602, Statistical interpretation of test results — Estimation of the mean — Confidence interval
ISO 16012, Plastics — Determination of linear dimensions of test specimens
ISO 13802:2015, Plastics — Verification of pendulum impact-testing machines — Charpy, Izod and tensile
impact-testing
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 179-1 and the following apply.
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at http:// www .electropedia .org/
3.1
impact velocity
v
I
velocity of the striker relative to the test specimen supports at the moment of impact
Note 1 to entry: It is expressed in metres per second (m/s).
3.2
inertial peak
first peak in a force-time or force-deflection diagram
Note 1 to entry: Inertial peak arises from the inertia of that part of the test specimen accelerated after the first
contact with the striker (see Figure 1, Curve b, and Annex A).
3.3
impact force
F
force exerted by the striking edge on the test specimen in the direction of impact
Note 1 to entry: It is expressed in newtons (N).
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ISO 179-2:2020(E)
a) Force-deflection (N and C,t)
b) Force-time (C,b)
Key
X1 deflection (s) after impact in millimetres t time at break
B
X2 time after impact in milliseconds, ms s deflection at break
B
Y force (F) in newtons, N N no break, specimen pulled through
F maximum impact force C,t complete break, tough
M
F peak force of inertial peak C,b complete break, brittle
I
s deflection at maximum impact force F 1 5% of the maximum impact force
M M
s limiting deflection, beginning off pull-through
L
NOTE For the types of failure, see Figure 2.
Figure 1 — Typical force-deflection and force-time curves
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ISO 179-2:2020(E)
3.4
deflection
s
displacement of the striker relative to the test specimen supports after impact, starting at first contact
between striker and test specimen
Note 1 to entry: It is expressed in millimetres (mm).
3.5
impact energy
W
energy expended in accelerating, deforming and breaking the test specimen during the deflection (3.4)
Note 1 to entry: It is expressed in joules (J).
3.6
maximum impact force
F
M
maximum value of the impact force (3.3) in a force-time or force-deflection diagram
Note 1 to entry: See Figure 1.
Note 2 to entry: It is expressed in newtons (N).
3.7
deflection at maximum impact force
s
M
deflection (3.4) at which the maximum impact force (3.6) occurs
Note 1 to entry: See Figure 1.
Note 2 to entry: It is expressed in millimetres (mm).
3.8
energy to maximum impact force
W
M
energy expended up to the deflection at maximum impact force (3.7)
Note 1 to entry: It is expressed in joules (J).
3.9
deflection at break
s
B
deflection (3.4) at which the impact force is reduced to less than or equal to 5 % of the maximum impact
force (3.6)
Note 1 to entry: See Figure 1.
Note 2 to entry: It is expressed in millimetres (mm).
3.10
impact energy at break
W
B
impact energy (3.5) up to the deflection at break (3.9)
Note 1 to entry: It is expressed in joules (J).
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ISO 179-2:2020(E)
3.11
Charpy impact strength
Charpy notched impact strength
a (a )
cU cN
impact energy at break (3.10) relative to the initial central cross-sectional area A (A ) of the unnotched
N
(notched) specimen
2
Note 1 to entry: It is expressed in kilojoules per square metre (kJ/m ).
Note 2 to entry: See 8.4 and ISO 179-1:2010, 3.1 and 3.2.
3.12
type of failure
type of deformation behaviour of the material under test up to and including the breaking event
Note 1 to entry: Failure types are: complete break (3.13), hinge break (3.14), partial break (3.15), non-break (3.16).
See Figure 2.
Note 2 to entry: Types t, b and s represent subgroups of the complete break C and hinge break H defined below. For
these types, values of the impact energy at break W , and thus for the Charpy impact strength, may be averaged
B
to give a common mean value. For specimens giving a partial break P and for materials exhibiting interlaminar
shear fracture, see ISO 179-1:2010, 7.7. For specimens showing more than one failure type, see ISO 179-1:2010, 7.7
and ISO 179-1:2010, Clause 10 l).
Note 3 to entry: As can be seen from Figure 2, the deflection and the impact energy at maximum force are
identical to the deflection and impact energy at break in the case of splintering failure (see Curve s) and brittle
failure (see Curve b), where unstable cracking takes place at the maximum impact force.
Note 4 to entry: Usually, complete and hinge breaks cannot be differentiated in an automatic assessment based
on the force-time or force deflection-curve.
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ISO 179-2:2020(E)
Key
N no break (3.16) s deflection limit; beginning of pull-through
L
P partial break (3.15) x deflection s after impact in millimetres
C complete break (3.13) y impact force in newtons, N
NOTE 1 Due to the different modes of deformation, force-deformation curves obtained using this document
[1]
show features which are different from those obtained using ISO 6603-2 . In particular, the first damage event
in instrumented puncture tests frequently appears as a slight sudden force decrease (crack initiation), followed
by a gradual force increase. Force increases after crack initiation are never observed in instrumented three-point-
bending impact tests. Furthermore, inertial effects are not as pronounced in plate impact tests as they are in bending
impacts tests (see Annex A).
NOTE 2 The distinction between break types P and C,t is difficult. As there is some extent of unstable crack growth
in the F-s-diagram labelled C,t, the breaking behaviour was rated as less ductile than in case P when drafting the
document. Therefore, the letter “t” was used instead of “d”, which could be associated with ductile behaviour and
would better apply to break types N and P.
NOTE 3 This document can be applied to automatic testing routines. For this it is also necessary to automatically
assign the types of break by a suitable assessment of the force-time or force deflection traces observed. The table
below is an example of assessment rules that have been used successfully. Both rules are to be met for assignment.
Type of break Rule for deflection Rule for force
F(s ) c*F
L M
s ≥ s
B L
Non break
The factor c was determined experimentally
s = 31mm
L
and set to c = 0,3
F ≤ F(s ) ≤ c*F
0 L M
Partial break s ≥ s
B L F is the level of force at which the test is con-
0
sidered to be finished, e.g. F = 0,05*F
0 M
Type s: (s – s ) ≤ 1mm
B M
Type b: (s – s ) ≤ 2mm
B D
Type t: (s – s ) ≥ 2mm
B D
Complete break
s is the deflection after s ,
D M
where the steepest decline
of the F-s-curve occurs
Figure 2 — Typical force-deflection curves showing different failure modes for Type 1
specimens tested edgewise
3.13
complete break
C
break where the specimen separates into two or more pieces, subdivided in the following behaviours:
Note 1 to entry: See Figure 2.
3.13.1
tough break
t
yielding followed by stable cracking, resulting in a force at the deflection limit s which is less than or
L
equal to 5 % of the maximum force
3.13.2
brittle break
b
yielding followed by unstable cracking
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ISO 179-2:2020(E)
3.13.3
splintering break
s
unstable cracking followed by splintering
3.14
hinge break
H
incomplete break, such that one part of the specimen cannot support itself above the horizontal when
the other part is held vertically (less than 90° included angle)
3.15
partial break
P
incomplete break that does not meet the definition for a hinge or complete break
Note 1 to entry: For automatic detection resulting in a force at the deflection limit s which is greater than 5 % of
L
the maximum force.
3.16
non-break
N
yielding followed by plastic deformation up to the deflection limit, s
L
Note 1 to entry: The test specimen shows extended plastic deformation but no visible fracture surfaces.
4 Principle
A rod-shaped test specimen, supported near its ends as a horizontal beam, is impacted perpendicularly,
with the line of impact midway between the supports, and bent at a high, nominally constant velocity.
During the impact, the impact force is recorded as a function of time and/or deflection. Depending on
the method of evaluation, the deflection of the specimen may be either measured directly by suitable
measuring devices or, in the case of energy carriers which give a frictionless impact, calculated from
the initial velocity and the force as a function of time. The force-deflection diagram obtained in these
tests describes the high-bending-rate impact behaviour of the specimen from which several aspects of
the material properties may be inferred.
5 Apparatus
5.1 Test machine
5.1.1 Basic components
The basic components of the test machine are the energy carrier, the striker and the frame with its
specimen supports. The energy carrier may be of the inertial type (e.g. a pendulum or free-falling dart,
which may be spring- or pneumatically assisted before impact) or of the hydraulic type.
The test machine shall ensure that the specimen is bent by the impact at a nominally constant velocity
perpendicular to the specimen length. The force exerted on the specimen shall be measurable, and its
deflection in the direction of impact shall be derivable or measurable.
If the test machine is of the pendulum type it shall be verified according to ISO 13802:2015, Clause 6
and Annex A, as applicable.
5.1.2 Energy carrier
For the low-energy pendulum types specified in ISO 179-1 (see also ISO 13802:2015, Annex A), the
impact velocity, v , is (2,90 ± 0,15) m/s and for the high-energy types it is (3,8 ± 0,2) m/s. For the purposes
I
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ISO 179-2:2020(E)
of comparing impact strength data obtained using this method with data obtained in accordance with
ISO 179-1, the impact velocity used in this document shall be (2,90 ± 0,15) m/s, although it may be
desirable to also use the impact velocity v = (3,8 ± 0,2) m/s.
I
NOTE 1 The height of the inertial peak F (see Figure 1, Curve b), and also the amplitudes of the subsequent
I
vibrations of the specimen, increase with increasing impact velocity. For basic information about these vibrations,
see Annex A and References [1] and [3]. For further information about the interpretation of the inertial peak and
the damping of vibrations, see Annex A.
NOTE 2 For special applications, e.g. testing precracked test specimens to obtain data on fracture properties,
it is useful to use a lower impact velocity of, for example, 1 m/s ± 0,05 m/s to reduce the vibrations mentioned
in NOTE 1.
To avoid obtaining results which cannot be compared due to the viscoelastic behaviour of the material
under test, the decrease of velocity during impact shall not exceed 10 % if the energy carrier is rated to
less than 50 J at the speed being selected for testing. These mass carriers allow measurements between
0 % and 20 % of their nominal work capacity, E.
For the sake of extending the application range of pendulum impact instruments, in case of energy
carriers larger or equal to 50 J at the speed selected for testing, a range of 0 % to 80 % of its nominal
work capacity is permitted, this leading to a decrease of speed of 55 % in extreme cases.
The hydraulic-type energy carrier is a high-speed impact-testing machine with suitable attachments.
In the case of gravitationally accelerated energy carriers, the above impact velocities correspond to
drop heights of (43 ± 5) cm and (74 ± 7) cm, respectively, the latter representing an increase by a factor
of 1,54 in the kinetic energy E at impact if the same energy carrier is used at both impact velocities.
The maximum permitted decrease in velocity during impact specified above means that for energy
carriers smaller than 50 J the kinetic energy E in joules, at impact shall satisfy the condition given as
Formula (1):
*
EW/ ≥5 (1)
where W* is the highest value, in joules, of the energy to be measured (see ISO 13802:2015, Annex D,
and NOTE 2 above).
This condition is in accordance with the conditions given in ISO 179-1:2010, 7.3 (see ISO 13802:2015,
Annex D). It ensures that the change in velocity during impact is comparable to that in conventional
impact testing, and consequently the values of impact strength are comparable. This is important,
because plastics are bending-rate-sensitive, especially at temperatures close to transition temperatures.
5.1.3 Striking edge and test specimen support
The striking edge and the test specimen support shall fulfil the conditions of ISO 13802:2015, Annex A.
Regarding verification of these elements, ISO 13802:2015, 6.3 applies.
Any material with sufficient resistance to wear and sufficiently high strength to prevent it from being
deformed, as well as being capable of transmitting the forces exerted upon the specimen to the load-
measuring device, can be used for the striking edge.
NOTE 1 Experience shows that steel is generally suitable. However, a material of lower density, e.g. titanium,
can be used to increase the natural frequency of the load-measuring system.
NOTE 2 Test specimens (Type 1, edgewise impact) can show the tendency to flip over. The effects of such
instability phenomena can be decreased by attaching guide elements to the hammer close to, but not connected
to, the instrumented striking edge, allowing passage of the test specimen but close enough together to prevent
the central part of the specimen from twisting to any great extent.
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ISO 179-2:2020(E)
5.1.4 Frame
For pendulum impact testing machines, the frame of the test machine shall be levelled to conform to
ISO 13802:2015, Annex A.
When calculating deflections from the kinetic energy of the energy carrier, the ratio m /m of the mass
F C
of the frame to the mass of the energy carrier shall be at least 10 (see Annex B and Notes 1 and 2 below).
For directly measured deflections, this ratio is a recommendation only. Impact-testing machines are
generally susceptible to acoustic vibrations. Therefore, the centre of gravity of the frame shall be
positioned in the line of impact.
NOTE 1 ISO 13802:2015, Annex D recommends a pendulum mass to foundation mass ratio of 40:1 in order
to minimize the energy transfer into the foundation. However, here the force exerted by the striker upon the
specimen and its deflection are determined, and any energy transfer into the foundation does not influence the
test result.
NOTE 2 The value of 10 for the ratio m /m prevents the frame from being accelerated at the end of the test to
F C
more than 1 % of the impact speed (see Annex B).
5.1.5 Losses due to friction
If a pendulum impact type machine is used, it shall either fulfil the requirements of ISO 13802:2015, 6.7,
or it shall be equipped with instrumentation to determine the exact impact velocity, v .
I
If a falling dart type or a hydraulic machine is being used, it shall be equipped with instrumentation to
determine the exact impact velocity, v .
I
5.1.6 Impact velocity measurement
For falling mass instrument types not fulfilling the requirements of ISO 13802:2015, 6.7, the impact
velocity shall be measured at a vertical midpoint distance of not more than 25 mm from the point
of impact.
The distance over which the impact speed is measured shall not be longer than 15 mm to avoid
significant effects due to acceleration.
The measurement of this impact velocity shall be accurate to ±1 %.
The measured velocity shall be corrected by the increase of velocity between the point of measurement
and the point of impact. See Formula (2):
*
vv=+2⋅⋅gHD (2)
0
where
v is the impact velocity in m/s;
0
v* is the velocity of the striking edge at the speed measurement point, in m/s;
ΔH is the vertical travel distance of the mass between the mid-point of speed measurement and the
point of impact in m.
For dart drop type instruments, working by a vertical movement of the mass, the instantaneous speed,
t , can be determined without need for measurement of ΔH by Formula (3):
i
t
1
i
*
vv=+gt⋅− Ft()dt (3)
ii
∫
0
m
© ISO 2020 – All rights reserved 9
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ISO 179-2:2020(E)
where
v is the velocity at any moment in time t , in m/s;
i i
F(t) is the force, in newtons, measured at a time, t, after the determination of v*;
t is the time elapsed since the moment of measurement of v*, in s;
i
m is the mass of the energy carrier, in kg.
Determine the impact velocity, v , using either Formula (2) or Formula (4):
0
*
vv=+gt⋅D (4)
0
where Δt is the time elapsed between the measurement of v* and the moment of impact.
5.2 Instruments for measuring force and deflection
5.2.1 Force measurement
To measure the force exerted on the specimen, the striker may be equipped with strain gauges or a
piezoelectric transducer, which may be placed close to the striking edge. Any other suitable method
of force measurement is acceptable. The measurement system shall be able to measure forces with an
accuracy of ±1 % of the maxim
...
DRAFT INTERNATIONAL STANDARD
ISO/DIS 179-2
ISO/TC 61/SC 2 Secretariat: KATS
Voting begins on: Voting terminates on:
2018-08-03 2018-10-26
Plastics — Determination of Charpy impact properties —
Part 2:
Instrumented impact test
Plastiques — Détermination des caractéristiques au choc Charpy —
Partie 2: Essai de choc instrumenté
ICS: 83.080.01
THIS DOCUMENT IS A DRAFT CIRCULATED
This document is circulated as received from the committee secretariat.
FOR COMMENT AND APPROVAL. IT IS
THEREFORE SUBJECT TO CHANGE AND MAY
NOT BE REFERRED TO AS AN INTERNATIONAL
STANDARD UNTIL PUBLISHED AS SUCH.
IN ADDITION TO THEIR EVALUATION AS
ISO/CEN PARALLEL PROCESSING
BEING ACCEPTABLE FOR INDUSTRIAL,
TECHNOLOGICAL, COMMERCIAL AND
USER PURPOSES, DRAFT INTERNATIONAL
STANDARDS MAY ON OCCASION HAVE TO
BE CONSIDERED IN THE LIGHT OF THEIR
POTENTIAL TO BECOME STANDARDS TO
WHICH REFERENCE MAY BE MADE IN
Reference number
NATIONAL REGULATIONS.
ISO/DIS 179-2:2018(E)
RECIPIENTS OF THIS DRAFT ARE INVITED
TO SUBMIT, WITH THEIR COMMENTS,
NOTIFICATION OF ANY RELEVANT PATENT
RIGHTS OF WHICH THEY ARE AWARE AND TO
©
PROVIDE SUPPORTING DOCUMENTATION. ISO 2018
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ISO/DIS 179-2:2018(E)
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be reproduced or utilized otherwise in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting
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Published in Switzerland
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ISO/DIS 179-2:2018(E)
Contents Page
Foreword .iv
1 Scope . 1
2 Normative references . 2
3 Terms and definitions . 2
4 Principle . 7
5 Apparatus . 7
5.1 Test machine . 7
5.1.1 Basic components . 7
5.1.2 Energy carrier . 7
5.1.3 Striking edge . 8
5.1.4 Pendulum . 8
5.1.5 Test specimen supports . 8
5.1.6 Frame . 8
5.1.7 Losses due to friction . 9
5.2 Instruments for measuring force and deflection . 9
5.2.1 Force measurement . 9
5.2.2 Deflection measurement .10
5.3 Micrometers and gauges .10
6 Test specimens.10
7 Procedure.10
8 Calculation and expression of results .11
8.1 General .11
8.2 Calculation of deflection .11
8.3 Calculation of energy .12
8.4 Calculation of impact strength .12
8.4.1 Unnotched test specimens.12
8.4.2 Notched test specimens .13
8.5 Statistical parameters .13
8.6 Number of significant figures .13
9 Precision .13
10 Test report .13
[3]
Annex A (informative) Inertial peak .15
Annex B (informative) Mass of frame .18
Annex C (informative) Bibliography .19
Annex D (informative) Precision data .20
© ISO 2018 – All rights reserved iii
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ISO/DIS 179-2:2018(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation on the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the
World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see the following
URL: www .iso .org/iso/foreword .html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 61, Plastics, Subcommittee SC 2,
Mechanical properties.
ISO 179 consists of the following parts, under the general title Plastics — Determination of Charpy
impact properties:
— Part 1: Non-instrumented impact test
— Part 2: Instrumented impact test
Annexes A to C of this part of ISO 179 are for information only.
Changes made relative to ISO 179-2:1997 are:
— Amendment1: 2011 has been included into this document as “Annex D Precision Statement”.
— Minor editorial changes.
— Revision of referrals to ISO 13802 according to the currently valid edition (2015) of this standard.
— Clarification of force calibration requirements (yet missing). A relative error of 1 % throughout the
measuring range appears realistic. Discussion with manufactrueres is ongoing.
iv © ISO 2018 – All rights reserved
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DRAFT INTERNATIONAL STANDARD ISO/DIS 179-2:2018(E)
Plastics — Determination of Charpy impact properties —
Part 2:
Instrumented impact test
1 Scope
1.1 This part of ISO 179 specifies a method for determining Charpy impact properties of plastics from
force-deflection diagrams. Different types of rod-shaped test specimens and test configurations, as well
as test parameters depending on the type of material, the type of test specimen and the type of notch are
defined in Part 1 of ISO 179.
Dynamic effects such as load-cell/striker resonance, test specimen resonance and initial-contact/inertia
peaks are described (see Figure 1, Curve b, and Annex A).
1.2 ISO 179-1 is suitable for characterizing the impact behaviour by the impact strength only and for
using apparatus whose potential energy is matched approximately to the particular energy to break to
be measured (see ISO 13802, Annex E). This part of ISO 179 is used if a force-deflection or force-time
diagram is necessary for detailed characterization of the impact behaviour, and for developing automatic
apparatus, i.e. avoiding the need, mentioned above, to match energy.
1.3 For the range of materials which may be tested by this method, see ISO 179-1, Clause 1.
1.4 For the general comparability of test results, see ISO 179-1, Clause 1.
1.5 The method may not be used as a source of data for design calculations on components. However,
the possible use of data is not the subject of this part of ISO 179. Any application of data obtained using
this part of ISO 179 should be specified by a referring standard or agreed upon by the interested parties.
Information on the typical behaviour of materials can be obtained by testing at different temperatures,
by varying the notch radius and/or specimen thickness and by testing specimens prepared under
different conditions.
It is not the purpose of this part of ISO 179 to give an interpretation of the mechanism occurring at
every point on the force-deflection diagram. These interpretations are a task for on-going scientific
research.
1.6 The test results are comparable only if the conditions of test specimen preparation, as well as
the test conditions, are the same. Comprehensive evaluation of the reaction to impact stress requires
that determinations be made as a function of deformation rate and temperature for different material
variables such as crystallinity and moisture content. The impact behaviour of finished products cannot,
therefore, be predicted directly from this test, but test specimens may be taken from finished products
for testing by this method.
1.7 Impact strengths determined by this method may replace those determined using ISO 179-1 if
comparability has been established by previous tests.
© ISO 2018 – All rights reserved 1
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ISO/DIS 179-2:2018(E)
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For
undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 179-1, Plastics — Determination of Charpy impact properties — Part 1: Non-instrumented impact test
ISO 13802, Plastics — Verification of pendulum impact-testing machines — Charpy, Izod and tensile
impact-testing
ISO 16012, Plastics — Determination of linear dimensions of test specimens
ISO 2602, Statistical interpretation of test results — Estimation of the mean — Confidence interval
3 Terms and definitions
For the purposes of this part of ISO 179, the definitions given in Part 1 apply, together with the following.
3.1
impact velocity
v
0
the velocity of the striker relative to the test specimen supports at the moment of impact
Note 1 to entry: It is expressed in metres per second (m/s).
3.2
inertial peak
the first peak in a force-time or force-deflection diagram
It arises from the inertia of that part of the test specimen accelerated after the first contact with the
striker (see Figure 1, Curve b, and Annex A).
3.3
impact force
F
the force exerted by the striking edge on the test specimen in the direction of impact
Note 1 to entry: It is expressed in newtons (N).
3.4
deflection
s
the displacement of the striker relative to the test specimen supports after impact, starting at first
contact between striker and test specimen
Note 1 to entry: It is expressed in millimetres (mm).
3.5
impact energy
W
the energy expended in accelerating, deforming and breaking the test specimen during the deflection s
Note 1 to entry: It is expressed in joules (J).
Note 2 to entry: It is measured by integrating the area under the force-deflection curve from the point of impact
to the deflection s.
2 © ISO 2018 – All rights reserved
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ISO/DIS 179-2:2018(E)
3.6
maximum impact force
F
M
the maximum value of the impact force in a force-time or force-deflection diagram (see Figure 1)
Note 1 to entry: It is expressed in newtons (N).
3.7
deflection at maximum impact force
s
M
the deflection at which the maximum impact force F occurs (see Figure 1)
M
Note 1 to entry: It is expressed in millimetres (mm).
© ISO 2018 – All rights reserved 3
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ISO/DIS 179-2:2018(E)
Figure 1 — Typical force-deflection (top: N and t) and force-time (bottom: b) curves
(for the types of failure, see Figure 2)
4 © ISO 2018 – All rights reserved
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ISO/DIS 179-2:2018(E)
Key
N no break: yielding followed by plastic deformation up to the deflection limit s
L
P partial break: yielding followed by stable cracking, resulting in a force at the deflection limit s which is greater
L
than 5 % of the maximum force
t tough break: yielding followed by stable cracking, resulting in a force at the deflection limit s which is less than
L
or equal to 5 % of the maximum force
b brittle break: yielding followed by unstable cracking
s splintering break: unstable cracking followed by splintering
s deflection limit; beginning of pull-through
L
NOTE Due to the different modes of deformation, force-deformation curves obtained using this part of
[1]
ISO 179 show features which are different from those obtained using ISO 6603-2 . In particular, the first damage
event in instrumented puncture tests frequently appears as a slight sudden force decrease (crack initiation),
followed by a gradual force increase. Force increases after crack initiation are never observed in instrumented
three-point-bending impact tests. Furthermore, inertial effects are not as pronounced in plate impact tests as
they are in bending impacts tests (see Annex A).
Figure 2 — Typical force-deflection curves showing different failure modes for Type 1
specimens tested edgewise
3.8
energy to maximum impact force
W
M
the energy expended up to the deflection at maximum impact force
Note 1 to entry: It is expressed in joules (J).
© ISO 2018 – All rights reserved 5
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ISO/DIS 179-2:2018(E)
3.9
deflection at break
s
B
the deflection at which the impact force is reduced to less than or equal to 5 % of the maximum impact
force F (see Figure 1)
M
Note 1 to entry: It is expressed in millimetres (mm).
It is necessary to differentiate between the deflection at break s and the deflection limit s at the
B L
beginning of pull-through (see Figure 1, Curve N) which is determined by the length l and width b of the
test specimen and the distance L between the specimen supports. For Type 1 specimens in the edgewise
position, s is in the range 32 mm to 34 mm.
L
Note 2 to entry: Using Type 1 specimens tested edgewise, apparent deflection limits are sometimes observed, i.e.
unexpectedly low values (down to only 20 mm) at which the impact force drops to zero, but the specimens do not
break. Carrying out the test slowly shows that, in such cases, the specimen changes from the edgewise to the more
stable flatwise position by a combined bending-twisting deformation. This can easily be confirmed by checking
the specimen after the test: it is bent with respect to an axis not parallel, but inclined to, the specimen width.
This behaviour is caused by the high ratio between the edgewise and the flatwise flexural rigidity of the specimen
and is triggered by a small asymmetry feature e.g. the draft angle.
The effects of such instability phenomena may be decreased by attaching guide elements to the hammer close to,
but not connected to, the instrumented striking edge. The guide elements shall allow passage of the test specimen
but be close enough together to prevent, the central part of the specimen from twisting to any great extent.
3.10
impact energy at break
W
B
the impact energy up to the deflection at break s
B
Note 1 to entry: It is expressed in joules (J).
3.11
charpy (notched) impact strength
a (a )
cU cN
the impact energy at break relative to the initial central cross-sectional area A (A ) of the unnotched
N
(notched) specimen (see 8.4 and ISO 179-1, 3.1 and 3.2)
2
Note 1 to entry: It is expressed in kilojoules per square metre (kJ/m ).
3.12
type of failure
the type of deformation behaviour of the material under test (see Figure 2). It may be either no
break (N), partial break (P), tough (t), brittle (b) or splintering (s)
Types t, b and s represent subgroups of the complete break C and hinge break H defined below. For
these types, values of the impact energy at break W , and thus for the Charpy impact strength, may
B
be averaged to give a common mean value. For specimens giving a partial break P and for materials
exhibiting interlaminar shear fracture, see ISO 179-1, 7.7. For specimens showing more than one failure
type, see ISO 179-1, 7.7 and ISO 179-1, subclause 10l).
Failure types (see ASTM D256):
C = Complete Break — A break where the specimen separates into two or more pieces.
6 © ISO 2018 – All rights reserved
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ISO/DIS 179-2:2018(E)
H = Hinge Break — An incomplete break, such that one part of the specimen cannot support itself
above the horizontal when the other part is held vertically (less than 90° included angle).
P = Partial Break — An incomplete break that does not meet the definition for a hinge break but
has fractured at least 90 % of the distance between the vertex of the notch (if present) and the
opposite side.
NB = Non-Break — An incomplete break where the fracture extends less than 90 % of the distance
between the vertex of the notch and the opposite side.
Note 1 to entry: As can be seen from Figure 2, the deflection and the impact energy at maximum force are
identical to the deflection and impact energy at break in the case of splintering failure (see Curve s) and brittle
failure (see Curve b), where unstable cracking takes place at the maximum impact force.
4 Principle
A rod-shaped test specimen, supported near its ends as a horizontal beam, is impacted perpendicularly,
with the line of impact midway between the supports, and bent at a high, nominally constant velocity.
During the impact, the impact force is recorded as a function of time and/or deflection. Depending on
the method of evaluation, the deflection of the specimen may be either measured directly by suitable
measuring devices or, in the case of energy carriers which give a frictionless impact, calculated from
the initial velocity and the force as a function of time. The force-deflection diagram obtained in these
tests describes the high-bending-rate impact behaviour of the specimen from which several aspects of
the material properties may be inferred.
5 Apparatus
5.1 Test machine
5.1.1 Basic components
The basic components of the test machine are the energy carrier, the striker and the frame with its
specimen supports. The energy carrier may be of the inertial type (e.g. a pendulum or free-falling dart,
which may be spring- or pneumatically assisted before impact) or of the hydraulic type.
The test machine shall ensure that the specimen is bent by the impact at a nominally constant velocity
perpendicular to the specimen length. The force exerted on the specimen shall be measurable, and its
deflection in the direction of impact shall be derivable or measurable.
If the test machine is of the pendulum type it shall be verified according to ISO 13802, clause 6 and
Annex A, as applicable.
5.1.2 Energy carrier
For the low-energy pendulum types specified in ISO 179-1 (see also ISO 13802, Annex A), the impact
velocity v is (2,90 ± 0,15) m/s and for the high-energy types it is (3,8 ± 0,2) m/s. For the purposes of
0
comparing impact strength data obtained using this method with data obtained in accordance with
ISO 179-1, the impact velocity used in this part of ISO 179 shall be (2,90 ± 0,15) m/s, although it may be
desirable to also use the impact velocity v = (3,8 ± 0,2) m/s (see also Notes 1 and 2 below).
0
To avoid obtaining results which cannot be compared due to the viscoelastic behaviour of the material
under test, the decrease in the velocity during impact shall not be greater than 10 % (see Note 3 below).
The hydraulic-type energy carrier is a high-speed impact-testing machine with suitable attachments.
In the case of gravitationally accelerated energy carriers, the above impact velocities correspond to
drop heights of (43± 5) cm and (74 ± 7) cm, respectively, the latter representing an increase by a factor
of 1,54 in the kinetic energy E at impact if the same energy carrier is used at both impact velocities.
© ISO 2018 – All rights reserved 7
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ISO/DIS 179-2:2018(E)
The maximum permitted decrease in velocity during impact of 10 % specified above means that the
kinetic energy E, in joules, at impact must satisfy the condition
*
EW/ ≥5 (1)
*
where W is the highest value, in joules, of the energy to be measured (see ISO 13802, Annex D, and
Note 2). The mass m , in kilograms, of the energy carrier must therefore satisfy inequalities (2) and (3):
C
* 2
mW≥ 10 /v (2)
C 0
*
mW≥=12,,when v 29ms/ (3)
C 0
e.g.
*
mW≥=12kg when 10J
C
NOTE 1 The height of the inertial peak F (see Figure 1, Curve b), and also the amplitudes of the subsequent
I
vibrations of the specimen, increase with increasing impact velocity. For basic information about these vibrations,
see Annex A and references [1] and [2] in Annex C. For further information about the interpretation of the inertial
peak and the damping of vibrations, see Annex A.
NOTE 2 For special applications, e.g. testing precracked test specimens to obtain data on fracture properties, it
may be useful to use a lower impact velocity of e.g. 1 m/s ± 0,05 m/s to reduce the vibrations mentioned in Note 1.
NOTE 3 This condition is in accordance with the conditions given in ISO 179-1, 7.3 (see ISO 13802, Annex D).
It ensures that the change in velocity during impact is comparable to that in conventional impact testing, and
consequently the values of impact strength are comparable. This is important, because plastics are bending-rate-
sensitive, especially at temperatures close to transition temperatures.
5.1.3 Striking edge
See ISO 13802, Annex A.
Any material with sufficient resistance to wear and sufficiently high strength to prevent it from being
deformed, as well as being capable of transmitting the forces exerted upon the specimen to the load-
measuring device, can be used for the striking edge.
NOTE Experience shows that steel is generally suitable. However, a material of lower density, e.g. titanium,
can be used to increase the natural frequency of the load-measuring system.
5.1.4 Pendulum
The pendulum shall conform to ISO 13802, 6.3 and Annex A.
5.1.5 Test specimen supports
The test specimen supports shall conform to ISO 13802, 6.3 and Annex A.
5.1.6 Frame
The frame of the test machine shall be capable of being levelled so that the striker and the specimen
supports conform to 5.1.3 and 5.1.5.
When calculating deflections from the kinetic energy of the energy carrier, the ratio m /m of the mass
F C
of the frame to the mass of the energy carrier shall be at least 10 (see Annex B and Notes 1 and 2 below).
For directly measured deflections, this ratio is a recommendation only. Impact-testing machines are
8 © ISO 2018 – All rights reserved
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ISO/DIS 179-2:2018(E)
generally susceptible to acoustic vibrations. Therefore, the centre of gravity of the frame shall be
positioned in the line of impact.
NOTE 1 ISO 13802, Annex D requires a pendulum mass to foundation mass ratio of 40:1 in order to minimize
the energy transfer into the foundation. However, here the force exerted by the striker upon the specimen and its
deflection are determined, and any energy transfer into the foundation does not influence the test result.
NOTE 2 The value of 10 for the ratio m /m prevents the frame from being accelerated at the end of the test to
F C
more than 1 % of the impact speed (see Annex B).
5.1.7 Losses due to friction
For energy carriers which give a frictionless impact, e.g. a falling dart or a pendulum, in cases when the
deflection is not measured, the impact velocity shall not deviate by more than 1 % from the calculated
value. The frictional loss W shall be less than 2 % of the nominal energy E for the first quarter-swing of
f
the pendulum, i.e. less than 8 % for full swing (see also ISO 13802, subclause 6.7).
NOTE If the deflection is measured directly, the energy lost by the energy carrier due to friction does not
influence the test results, provided the impact velocity is in the defined range.
5.2 Instruments for measuring force and deflection
5.2.1 Force measurement
To measure the force exerted on the specimen, the striker may be equipped with strain gauges or a
piezoelectric transducer, which may be placed close to the striking edge. Any other suitable method
of
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 179-2
Deuxième édition
2020-05
Plastiques — Détermination des
caractéristiques au choc Charpy —
Partie 2:
Essai de choc instrumenté
Plastics — Determination of Charpy impact properties —
Part 2: Instrumented impact test
Numéro de référence
ISO 179-2:2020(F)
©
ISO 2020
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 179-2:2020(F)
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ISO copyright office
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Publié en Suisse
ii © ISO 2020 – Tous droits réservés
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ISO 179-2:2020(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 2
3 Termes et définitions . 2
4 Principe . 7
5 Appareillage . 7
6 Éprouvettes .11
7 Mode opératoire.12
8 Calcul et expression des résultats .12
8.1 Généralités .12
8.2 Calcul de la flèche .13
8.3 Calcul de l’énergie .13
8.4 Calcul de la résistance au choc .14
8.4.1 Éprouvettes non entaillées .14
8.4.2 Éprouvettes entaillées .15
8.5 Paramètres statistiques .15
8.6 Nombre de chiffres significatifs .15
9 Fidélité .15
10 Rapport d’essai .16
Annexe A (informative) Pic d’inertie .17
Annexe B (informative) Masse du bâti .20
Annexe C (informative) Données de fidélité .21
Bibliographie .23
© ISO 2020 – Tous droits réservés iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 179-2:2020(F)
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.
L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www
.iso .org/ directives).
L’attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l’ISO (voir www .iso .org/ brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion
de l’ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: www .iso .org/ iso/ fr/ avant -propos .html.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 61, Plastiques, sous-comité SC 2,
Comportement mécanique, en collaboration avec le comité technique CEN/TC 249, Plastiques, du Comité
européen de normalisation (CEN), conformément à l’Accord de coopération technique entre l’ISO et le
CEN (Accord de Vienne).
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 179-2:1997), qui a fait l’objet d’une
révision technique. Elle intègre également le Corrigendum technique ISO 179-2:1997/Cor 1:1998 et
l’Amendement ISO 179-2:1997/Amd 1:2011.
Les principales modifications par rapport à l’édition précédente sont les suivantes:
— les références à l'ISO 13802:2015 ont été mises à jour;
— des exigences d’étalonnage de la force à été clarifié;
— un nouveau paragraphe sur la détermination de la vitesse d’essai en cas d’utilisation d’instruments
à masse tombante à été ajouté (voir 5.1.6).
Une liste de toutes les parties de la série ISO 179 se trouve sur le site web de l’ISO.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l’adresse www .iso .org/ fr/ members .html.
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NORME INTERNATIONALE ISO 179-2:2020(F)
Plastiques — Détermination des caractéristiques au choc
Charpy —
Partie 2:
Essai de choc instrumenté
1 Domaine d’application
1.1 Le présent document spécifie une méthode pour la détermination des propriétés des plastiques au
choc Charpy à partir de diagrammes force/flèche. L’ISO 179-1 définit différents types d’éprouvettes en
forme de barreau, diverses configurations d’essai, ainsi que les paramètres d’essai à adopter suivant le
type de matériau, d’éprouvette et d’entaille.
En outre, le présent document décrit les effets dynamiques, tels que la résonance de la cellule de
charge/du percuteur, la résonance de l’éprouvette et les pics d’inertie au contact initial (voir la Figure 1,
courbe b, et l’Annexe A).
1.2 L’ISO 179-1 est utilisable pour caractériser le comportement au choc, mais uniquement à partir de
la résistance au choc et avec un appareil dont l’énergie potentielle est adaptée à l’énergie particulière à la
rupture à mesurer (voir l’ISO 13802:2015, Annexe E). Le présent document est utilisé pour enregistrer
un diagramme force/flèche ou force/temps pour caractériser le comportement au choc et pour mettre
au point un appareillage automatique, c’est-à-dire un appareillage qui évite l’ajustement des énergies.
La méthode décrite dans le présent document convient également pour:
— acquérir davantage de caractéristiques et des caractéristiques de matériaux différents dans des
conditions de choc;
— superviser le mode opératoire d’essai Charpy, car ces instruments permettent la détection d’erreurs
opérationnelles type, par exemple lorsque l’éprouvette n’est pas en contact étroit avec les supports;
— détecter automatiquement le type de rupture;
— les instruments de type à pendule pour éviter des changements fréquents de marteaux;
— mesurer les propriétés mécaniques de rupture décrites dans d’autres normes ISO.
1.3 En ce qui concerne l’éventail des matériaux pouvant être soumis à l’essai au moyen de la présente
méthode, voir l’ISO 179-1:2010, Article 1.
1.4 En ce qui concerne la comparabilité générale des résultats d’essai, voir l’ISO 179-1:2010, Article 1.
1.5 Des informations relatives au comportement caractéristique des matériaux peuvent être obtenues
en conduisant les essais à différentes températures, en faisant varier le rayon de l’entaille et/ou
l’épaisseur de l’éprouvette et en soumettant à l’essai des éprouvettes ayant été préparées dans différentes
conditions.
Le présent document n’a pas pour but de donner une explication du mécanisme qui intervient à
chaque point particulier du diagramme force/flèche. Ces explications sont étudiées dans le cadre des
recherches scientifiques actuellement en cours.
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ISO 179-2:2020(F)
1.6 Les résultats d’essai obtenus avec cette méthode ne sont comparables qui si les conditions de
préparation des éprouvettes et les conditions d’essai retenues sont les mêmes. De ce fait, le comportement
au choc des produits finis ne peut pas être directement déduit de l’essai.
2 Références normatives
Les documents suivants cités dans le texte constituent, pour tout ou partie de leur contenu, des
exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique. Pour les
références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y compris les éventuels
amendements).
ISO 179-1:2010, Plastiques — Détermination des caractéristiques au choc Charpy — Partie 1: Essai de choc
non instrumenté
ISO 291, Plastiques — Atmosphères normales de conditionnement et d’essai
ISO 2602, Interprétation statistique de résultats d’essais — Estimation de la moyenne — Intervalle de
confiance
ISO 16012, Plastiques — Détermination des dimensions linéaires des éprouvettes
ISO 13802:2015, Plastiques — Vérification des machines d’essai de choc pendulaire — Essais de choc
Charpy, Izod et de choc-traction
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l’ISO 179-1 ainsi que les
suivants, s’appliquent.
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http:// www .electropedia .org/
3.1
vitesse d’impact
v
I
vitesse du percuteur par rapport aux supports de l’éprouvette au moment du choc
Note 1 à l'article: Elle est exprimée en mètres par seconde (m/s).
3.2
pic d’inertie
premier pic apparaissant sur un diagramme force/temps ou force/flèche
Note 1 à l'article: Le pic d’inertie résulte de l’inertie de la partie d’éprouvette soumise à une accélération après le
premier contact avec le percuteur (voir la Figure 1, courbe b, et l’Annexe A).
3.3
force d’impact
F
force exercée par le bord du percuteur sur l’éprouvette dans le sens du choc
Note 1 à l'article: Elle est exprimée en newtons (N).
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ISO 179-2:2020(F)
a) Force-flèche (N et C,t)
b) Force-temps (C,b)
Légende
X1 flèche (s) après la percussion, en millimètres t durée jusqu’à rupture
B
X2 durée qui suit le choc, en millisecondes (ms) s flèche à la rupture
B
Y force (F), en newtons (N) N non-rupture, éprouvette passée entre les supports
F force maximale d’impact C,t rupture complète, tenace
M
F force du pic d’inertie C,b rupture complète, fragile
I
s flèche à la force maximale d’impact F 1 5 % de la force maximale d’impact
M M
s limite de flèche, au début du passage entre les
L
supports
NOTE Pour les types de défaillances, voir la Figure 2.
Figure 1 — Courbes type force/flèche et force/temps
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ISO 179-2:2020(F)
3.4
flèche
s
déplacement du percuteur par rapport aux supports de l’éprouvette après le choc, dès le premier contact
entre le percuteur et l’éprouvette
Note 1 à l'article: Elle est exprimée en millimètres (mm).
3.5
énergie d’impact
W
travail effectué pour soumettre une accélération, déformer et rompre l’éprouvette jusqu’à l’obtention
de la flèche (3.4)
Note 1 à l'article: Elle est exprimée en joules (J).
3.6
force maximale d’impact
F
M
valeur maximale de la force d’impact (3.3) représentée sur un diagramme force/temps ou force/flèche
Note 1 à l'article: Voir la Figure 1.
Note 2 à l'article: Elle est exprimée en newtons (N).
3.7
flèche à la force maximale d’impact
s
M
flèche (3.4) à laquelle apparaît la force maximale d’impact (3.6)
Note 1 à l'article: Voir la Figure 1.
Note 2 à l'article: Elle est exprimée en millimètres (mm).
3.8
énergie à la force maximale d’impact
W
M
travail effectué jusqu’à l’obtention de la flèche à la force maximale d’impact (3.7)
Note 1 à l'article: Elle est exprimée en joules (J).
3.9
flèche à la rupture
s
B
flèche (3.4) à laquelle la force d’impact est réduite à 5 % au maximum de la force maximale d’impact (3.6)
Note 1 à l'article: Voir la Figure 1.
Note 2 à l'article: Elle est exprimée en millimètres (mm).
3.10
énergie d’impact à la rupture
W
B
énergie d’impact (3.5) jusqu’à l’obtention de la flèche à la rupture (3.9)
Note 1 à l'article: Elle est exprimée en joules (J).
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ISO 179-2:2020(F)
3.11
résistance au choc Charpy
résistance au choc Charpy avec entaille
a (a )
cU cN
énergie d’impact à la rupture (3.10) relative à la section droite centrale initiale A (A ) d’une éprouvette
N
non entaillée (entaillée)
2
Note 1 à l'article: Elle est exprimée en kilojoules par mètre carré (kJ/m ).
Note 2 à l'article: Voir 8.4 et l’ISO 179-1:2010, 3.1 et 3.2.
3.12
type de défaillance
type de comportement du matériau soumis à essai entraînant une déformation jusqu’à la rupture
Note 1 à l'article: Les types de défaillances sont les suivants: rupture complète (3.13), rupture charnière (3.14),
rupture partielle (3.15), non-rupture (3.16). Voir la Figure 2.
Note 2 à l'article: Les types t, b et s représentent des sous-groupes de la rupture complète C et de la rupture
charnière H définies ci-après. Pour ces types de ruptures, il est possible d’adopter une valeur moyenne commune
de l’énergie d’impact à la rupture W et donc de la résistance au choc Charpy. Lorsque les éprouvettes présentent
B
une rupture partielle P et lorsque les matériaux présentent une rupture avec cisaillement interlaminaire, se
reporter à l’ISO 179-1:2010, 7.7. Lorsque les éprouvettes présentent des ruptures de plusieurs types, se reporter à
l’ISO 179-1:2010, 7.7 et l’ISO 179-1:2010, Article 10 l).
Note 3 à l'article: Comme le montre la Figure 2, la flèche et l’énergie d’impact à la force maximale sont identiques
aux valeurs de la flèche et de l’énergie d’impact à la rupture dans le cas d’un écaillage (voir courbe s) ou d’une
rupture fragile (voir courbe b), si une fissuration instable s’amorce à la force maximale d’impact.
Note 4 à l'article: Généralement, les ruptures complètes et les ruptures charnière ne peuvent pas être différenciées
lors d’une évaluation automatique basée sur une courbe force/temps ou force/flèche.
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ISO 179-2:2020(F)
Légende
N non-rupture (3.16) s limite de flèche, au début du passage entre les supports
L
P rupture partielle (3.15) x flèche s après la percussion, en millimètres
C rupture complète (3.13) y force d’impact, en newtons (N)
NOTE 1 La différence des modes de déformation explique que les courbes force/déformation obtenues suivant le présent
[1]
document diffèrent de celles obtenues en utilisant l’ISO 6603-2 . Le premier incident de la procédure instrumentée apparaît
en particulier sous la forme d’une diminution brusque de la force (amorce de fissure) suivie d’une augmentation graduelle de
la force. Aucune augmentation de la force après l’amorce de fissure n’est jamais observée dans les essais de flexion par choc
avec appuis en trois points. Les effets d’inertie ne sont en outre pas aussi prononcés pour les essais de choc à plat que pour les
essais de flexion sous choc (voir l’Annexe A).
NOTE 2 Il est difficile de faire la distinction entre des ruptures de types P et C,t. Comme il existe une certaine instabilité
de la croissance des fissures sur le diagramme F-s correspondant à C,t, le comportement à la rupture a été évalué comme
étant moins ductile que dans le cas de P, lors de la rédaction du présent document. Par conséquent, la lettre « t » a été utilisée
à la place de la lettre « d », qui pourrait être associée à un comportement ductile et s’appliquerait mieux aux ruptures de
types N et P.
NOTE 3 Le présent document peut être appliqué à des programmes d’essai automatiques. Pour cela, il est également
nécessaire de déterminer automatiquement les types de ruptures en réalisant une évaluation appropriée des courbes force/
temps ou force/flèche observées. Un exemple de règles d’évaluation ayant été appliquées avec succès est donné ci-après. Les
deux règles doivent être satisfaites pour la détermination.
Type de rupture Règle pour la flèche Règle pour la force
F(s ) c*F
L M
s ≥ s
B L
Non-rupture
Le facteur c a été déterminé expérimentalement et
s = 31mm
L
a été fixé à c = 0,3
F ≤ F(s ) ≤ c*F
0 L M
Rupture partielle s ≥ s
B L F est le niveau de la force auquel l’essai est consi-
0
déré comme terminé, par exemple F = 0,05*F
0 M
Type s: (s – s ) ≤ 1mm
B M
Type b: (s – s ) ≤ 2mm
B D
Type t: (s – s ) ≥ 2mm
B D
Rupture complète
s est la flèche après s , à
D M
laquelle se produit le déclin le
plus important de la courbe F-s
Figure 2 — Courbes caractéristiques force/flèche montrant différents modes de défaillance
pour les éprouvettes de Type 1 essayées sur chant
3.13
rupture complète
C
rupture au cours de laquelle l’éprouvette se sépare en au moins deux morceaux, subdivisée de la
manière suivante en fonction du comportement:
Note 1 à l'article: Voir la Figure 2.
3.13.1
rupture tenace
t
écoulement suivi d’une fissuration stable donnant, à la limite de flèche s , une force inférieure ou égale
L
à 5 % de la force maximale
3.13.2
rupture fragile
b
écoulement suivi d’une fissuration instable
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ISO 179-2:2020(F)
3.13.3
écaillage
s
fissuration instable suivie d’un écoulement
3.14
rupture charnière
H
rupture incomplète pour laquelle une partie de l’éprouvette ne peut pas se maintenir elle-même au-
dessus de l’horizontale lorsque l’autre partie est maintenue à la verticale (angle inclus de moins de 90°)
3.15
rupture partielle
P
rupture incomplète qui ne répond pas à la définition de rupture charnière ou de rupture complète
Note 1 à l'article: En cas de détection automatique, donne, à la limite de flèche s , une force plus élevée que 5 % de
L
la force maximale.
3.16
non-rupture
N
écoulement suivi d’une déformation plastique jusqu’à la limite de flèche, s
L
Note 1 à l'article: L’éprouvette présente une déformation plastique étendue, mais pas de surfaces de fracture
visibles
4 Principe
Une éprouvette en forme de barreau, supportée au voisinage de ses extrémités comme une poutre
horizontale, subit un choc appliqué à la verticale (à mi-distance des supports), et une flexion se
produisant à une vitesse nominale constante élevée. Pendant le choc, on enregistre la force d’impact en
fonction du temps et/ou de la flèche. Suivant le mode d’évaluation retenu, la flèche subie par l’éprouvette
peut soit être mesurée directement au moyen de dispositifs de mesure appropriés, soit être calculée
à partir de la vitesse initiale et de la force en fonction du temps dans le cas d’utilisation de vecteurs
d’énergie donnant un choc sans frottement. Le diagramme force/flèche obtenu lors de ces essais décrit
le comportement au choc-flexion à haute énergie de l’éprouvette à partir duquel il est possible de
déduire plusieurs aspects des propriétés du matériau considéré.
5 Appareillage
5.1 Machine d’essai
5.1.1 Composants de base
Les principaux éléments constitutifs de la machine d’essai sont le vecteur d’énergie, le percuteur et le
bâti muni des supports d’éprouvettes. La transmission de l’énergie peut s’effectuer par l’intermédiaire
d’une masse inerte (par exemple pendule ou mouton à chute libre, éventuellement assisté par un ressort
ou un dispositif pneumatique avant le choc) ou, le cas échéant, par un vérin hydraulique.
La machine d’essai doit permettre de soumettre l’éprouvette à une flexion, à une vitesse nominale
constante, perpendiculairement à la longueur de l’éprouvette. La force exercée sur l’éprouvette doit
pouvoir être mesurée et la flèche subie par celle-ci dans la direction de percussion doit pouvoir être
calculée ou mesurée.
Si la machine d’essai est de type à pendule, elle doit être vérifiée conformément à l’ISO 13802:2015,
Article 6 et Annexe A, selon le cas.
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ISO 179-2:2020(F)
5.1.2 Vecteur d’énergie
Pour les types de pendules à faible énergie spécifiés dans l’ISO 179-1 (voir également l’ISO 13802:2015,
Annexe A), la vitesse d’impact v est de (2,90 ± 0,15) m/s, et pour les types de pendules à forte énergie
I
elle est de (3,8 ± 0,2) m/s. Pour pouvoir comparer les données de résistance au choc obtenues au moyen
de la présente méthode avec celles obtenues conformément à l’ISO 179-1, la vitesse d’impact utilisée
dans le présent document doit être de (2,90 ± 0,15) m/s, bien qu’il puisse s’avérer souhaitable d’adopter
en plus une vitesse d’impact v = (3,8 ± 0,2) m/s.
I
NOTE 1 La hauteur du pic d’inertie F (voir la Figure 1, courbe b), ainsi que les amplitudes des vibrations subies
I
par l’éprouvette qui en découlent, augmentent au fur et à mesure que croît la vitesse d’impact. Pour les données
de base concernant les vibrations, voir l’Annexe A et les Références [1] et [3]. Pour obtenir de plus amples
informations à propos de l’interprétation du pic d’inertie et de l’amortissement des vibrations, se reporter à
l’Annexe A.
NOTE 2 En cas d’applications particulières, par exemple essais d’éprouvettes préentaillées pour obtenir des
données sur les caractéristiques de la rupture, il est utile d’employer une vitesse d’impact plus faible, par exemple
1 m/s ± 0,05 m/s, de façon à réduire les vibrations mentionnées dans la NOTE 1.
Pour éviter d’obtenir des résultats qui ne peuvent pas être comparés en raison du comportement
viscoélastique du matériau soumis à essai, la diminution de la vitesse lors du choc ne doit pas dépasser
10 % si le vecteur d’énergie est évalué à moins de 50 J à la vitesse choisie pour l’essai. Ces vecteurs de
masse permettent des mesurages entre 0 % et 20 % de leur capacité de travail nominale, E.
Afin d’étendre le domaine d’application des instruments de choc à pendule, dans le cas où les vecteurs
d’énergie sont supérieurs ou égaux à 50 J à la vitesse choisie pour l’essai, une plage de 0 % à 80 % de la
capacité de travail nominale est admise, ce qui conduit à une diminution de la vitesse de 55 % dans des
cas extrêmes.
Le vérin hydraulique est une machine d’essai de choc à haute vitesse à système de fixation adapté.
Lorsque le vecteur d’énergie subit l’accélération due à la pesanteur, les vitesses d’impact ci-dessus
correspondent à des hauteurs de chute de (43 ± 5) cm et (74 ± 7) cm, respectivement, ce qui représente
à l’impact une augmentation de l’énergie cinétique E d’un facteur de 1,54 si le même vecteur d’énergie
est utilisé aux deux vitesses d’impact.
La diminution de la vitesse maximale permise lors du choc spécifiée ci-dessus signifie que pour les
vecteurs d’énergie inférieurs à 50 J, l’énergie cinétique E, en joules, au moment du choc doit satisfaire la
condition indiquée dans la Formule (1):
*
EW/ ≥5 (1)
où W* est la valeur la plus élevée, en joules, de l’énergie à mesurer (voir l’ISO 13802:2015, Annexe D, et
la NOTE 2 ci-dessus).
Cette condition est conforme à celles de l’ISO 179-1:2010, 7.3 (voir l’ISO 13802:2015, Annexe D). Elle
garantit que la variation de la vitesse intervenant lors du choc est comparable à celle qui est pratiquée
lors d’essais conventionnels, et que les valeurs de résistance au choc sont par conséquent comparables.
Ces considérations sont importantes, car les matières plastiques sont sensibles aux variations de
vitesse, notamment à l’approche des températures de transition.
5.1.3 Arête du percuteur et support de l’éprouvette
L’arête du percuteur et le support de l’éprouvette doivent remplir les conditions de l’ISO 13802:2015,
Annexe A. En ce qui concerne la vérification de ces éléments, l’ISO 13802:2015, 6.3 s’applique.
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ISO 179-2:2020(F)
Le percuteur peut être constitué de n’importe quel matériau ayant une résistance à l’usure suffisante
et une résistance suffisamment élevée pour ne pas subir de déformation. Ce matériau doit également
pouvoir transmettre les forces exercées sur l’éprouvette au dispositif de mesurage de la charge.
NOTE 1 L’expérience montre que l’acier est généralement adapté. Cependant, le recours à un matériau de plus
faible masse volumique, tel que le titane, permet d’augmenter la fréquence propre de la chaîne de mesurage de
la charge.
NOTE 2 Les éprouvettes (Type 1, impact sur chant) peuvent avoir tendance à basculer. Les effets d’un tel
phénomène d’instabilité peuvent être réduits en attachant des éléments de guidage sur le marteau à proximité du
bord de l’impacteur instrumenté, mais sans être reliés à lui, permettant le passage de l’éprouvette, ces éléments
étant assez proches l’un de l’autre pour empêcher la partie centrale de l’éprouvette de subir une torsion de forte
amplitude.
5.1.4 Bâti
Pour les machines d’essai de choc à pendule, le bâti de la machine d’essai doit être réglé selon
l’ISO 13802:2015, Annexe A.
Lorsque les flèches sont obtenues par le calcul à partir de l’énergie cinétique du vecteur d’énergie, le
rapport de masse m /m de la masse du bâti à la masse du vecteur d’énergie doit être au m
...
Questions, Comments and Discussion
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