ISO 14556:2015
(Main)Metallic materials — Charpy V-notch pendulum impact test — Instrumented test method
Metallic materials — Charpy V-notch pendulum impact test — Instrumented test method
ISO 14556:2015 specifies a method of instrumented Charpy V-notch pendulum impact testing on metallic materials and the requirements concerning the measurement and recording equipment. With respect to the Charpy pendulum impact test described in ISO 148‑1, this test provides further information on the fracture behaviour of the product under impact testing conditions. General information about instrumented impact testing can be found in Reference [1] to Reference [5].
Matériaux métalliques — Essai de flexion par choc sur éprouvette Charpy à entaille en V — Méthode d'essai instrumenté
ISO 14456:2015 spécifie une méthode d'essai instrumenté de flexion par choc sur éprouvette Charpy à entaille en V pour les produits métalliques ainsi que les prescriptions concernant le dispositif de mesure et d'enregistrement. Par rapport à l'essai de flexion par choc sur éprouvette Charpy décrit dans la norme ISO 148‑1, le présent essai fournit des informations supplémentaires sur le comportement à la rupture du produit soumis à des conditions d'essai de choc. Des informations à caractère général sur la méthode d'essai instrumenté de flexion par choc peuvent être trouvées dans les références[1] à [5].
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 14556
Second edition
2015-09-01
Metallic materials — Charpy
V-notch pendulum impact test —
Instrumented test method
Matériaux métalliques — Essai de flexion par choc sur éprouvette
Charpy à entaille en V — Méthode d’essai instrumenté
Reference number
ISO 14556:2015(E)
©
ISO 2015
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ISO 14556:2015(E)
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ISO 14556:2015(E)
Contents Page
Foreword .iv
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
3.1 Characteristic values of force. 1
3.2 Characteristic values of displacement . 2
3.3 Characteristic values of impact energy . 2
4 Symbols and abbreviated terms . 2
5 Principle . 3
6 Apparatus . 4
7 Test piece . 6
8 Test procedure . 6
9 Expression of results . 6
9.1 General . 6
9.2 Evaluation of the force-displacement curve . 7
9.3 Determination of the characteristic values of force . 7
9.4 Determination of the characteristic values of displacement . 7
9.5 Determination of the characteristic values of impact energy . 9
10 Test report . 9
Annex A (informative) Designs of instrumented strikers .11
Annex B (informative) Example of support block for the calibration of a 2 mm striker .12
Annex C (informative) Formulae for the estimation of the proportion of ductile fracture surface 13
Annex D (normative) Instrumented Charpy V-notch pendulum impact testing of miniature
test pieces .14
Bibliography .20
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ISO 14556:2015(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 meaning of ISO specific terms and expressions related to conformity
assessment, as well as information about ISO’s adherence to the WTO principles in the Technical
Barriers to Trade (TBT) see the following URL: Foreword - Supplementary information
The committee responsible for this document is ISO/TC 164, Mechanical testing of metals, Subcommittee
SC 4, Toughness testing.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 14556:2000), which has been
technically revised.
iv © ISO 2015 – All rights reserved
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 14556:2015(E)
Metallic materials — Charpy V-notch pendulum impact test
— Instrumented test method
1 Scope
This International Standard specifies a method of instrumented Charpy V-notch pendulum impact testing
on metallic materials and the requirements concerning the measurement and recording equipment.
With respect to the Charpy pendulum impact test described in ISO 148-1, this test provides further
information on the fracture behaviour of the product under impact testing conditions.
General information about instrumented impact testing can be found in Reference [1] to Reference [5].
2 Normative references
The following documents, in whole or in part, are normatively referenced in this document and are
indispensable for its application. For dated references, only the edition cited applies. For undated
references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 148-1, Metallic materials — Charpy pendulum impact test — Part 1: Test method.
ISO 148-2, Metallic materials — Charpy pendulum impact test — Part 2: Verification of testing machines.
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
3.1 Characteristic values of force
3.1.1
general yield force
F
gy
force at the transition point from the linearly increasing part to the curved increasing part of the force-
displacement curve
Note 1 to entry: It represents a first approximation of the force at which yielding has occurred across the entire
test piece ligament (see 9.3).
3.1.2
maximum force
F
m
maximum force in the course of the force-displacement curve
3.1.3
unstable crack initiation force
F
iu
force at the beginning of the steep drop in the force-displacement curve (unstable crack initiation)
3.1.4
crack arrest force
F
a
force at the end (arrest) of unstable crack propagation
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ISO 14556:2015(E)
3.2 Characteristic values of displacement
3.2.1
general yield displacement
s
gy
displacement corresponding to the general yield force, F
gy
3.2.2
displacement at maximum force
s
m
displacement corresponding to the maximum force, F
m
3.2.3
crack initiation displacement
s
iu
displacement corresponding to the force at unstable crack initiation, F
iu
3.2.4
crack arrest displacement
s
a
displacement corresponding to the force at the end (arrest) of unstable crack propagation, F
a
3.2.5
total displacement
s
t
displacement at the end of the force-displacement curve
3.3 Characteristic values of impact energy
3.3.1
energy at maximum force
W
m
partial impact energy from s = 0 to s = s
m
3.3.2
unstable crack initiation energy
W
iu
partial impact energy from s = 0 to s = s
iu
3.3.3
crack arrest energy
W
a
partial impact energy from s =0 to s = s
a
3.3.4
total impact energy
W
t
energy absorbed by the test piece during the test
Note 1 to entry: Calculated from the area under the force-displacement curve from s =0 to s = s .
t
4 Symbols and abbreviated terms
For the purposes of this document, the symbols and abbreviations given in Table 1 are applicable (see
also Figure 2 and Figure 3).
2 © ISO 2015 – All rights reserved
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ISO 14556:2015(E)
Table 1 — Symbols and designations
Symbol Designation Unit
f Output frequency limit Hz
g
F Force N
F Crack arrest force N
a
F General yield force N
gy
F Unstable crack initiation force N
iu
F Maximum force N
m
2
g Acceleration due to gravity m/s
n
h Height of fall of the centre of strike of the pendulum (see ISO 148-2) m
KV Absorbed energy as defined in ISO 148-1 J
m Effective mass of the pendulum corresponding to its effective weight (see ISO 148-2) kg
s Displacement m
s Crack arrest displacement m
a
s General yield displacement m
gy
s Displacement at unstable crack initiation m
iu
s Displacement at maximum force m
m
s Total displacement m
t
t Time s
t Time at the beginning of deformation of the test piece s
o
t Signal rise time s
r
v Initial striker impact velocity m/s
o
v Striker impact velocity at time t m/s
t
W Crack arrest energy J
a
W Energy at unstable crack initiation J
iu
W Energy at maximum force J
m
W Total impact energy J
t
5 Principle
5.1 This test consists of measuring the impact force, in relation to the test piece bending displacement,
during an impact test carried out in accordance with ISO 148-1. The area under the force-displacement
curve is a measure of the energy absorbed by the test piece.
5.2 Force-displacement curves for different steel products and different temperatures can be quite
different, even though the areas under the curves and the absorbed energies are identical. If the force-
displacement curves are divided into characteristic parts, various phases of the test can be deduced
which provide considerable information about the behaviour of the test piece at impact loading rates.
NOTE The force-displacement curve cannot be used in strength calculations of structures. It is not possible
to directly determine the lowest permissible operating temperature for a material in a construction.
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ISO 14556:2015(E)
6 Apparatus
6.1 Testing machine
A pendulum impact testing machine, in accordance with ISO 148-2, and instrumented to determine the
force-time or force-displacement curve shall be used.
Comparisons between the total impact energy, W , from the instrumentation and the absorbed energy
t
indicated by the machine dial or encoder, KV, shall be made.
NOTE 1 The instrumentation and the machine dial or encoder measure similar but different quantities.
Differences are to be expected (see Reference[6]).
If deviations between KV and W exceed ±5 J, the following should be investigated:
t
a) friction of the machine;
b) calibration of the measuring system;
c) software used.
6.2 Instrumentation and calibration
6.2.1 Traceable measurement
The equipment used for all calibration measurements shall be traceable to national or international
standards of measurement.
6.2.2 Force measurement
Force measurement is usually achieved by using two active electric resistance strain gauges attached
to the standard striker to form a force transducer. Suitable designs are shown in Annex A.
A full bridge circuit is made by two equally stressed (active) strain gauges bonded to opposite sides of
the striker and by two compensating (passive) strain gauges, or by substitute resistors. Compensating
strain gauges shall not be attached to any part of the testing machine which experiences impact or
vibration effects.
NOTE 1 Alternately, any other instrumentation to form a force transducer, which meets the required
performance levels, may be used.
The force measuring system (instrumented striker, amplifier, recording system) shall have a response
of at least 100 kHz, which corresponds to a rise time, t, of no more than 3,5 µs.
A simple dynamic assessment of the force measuring chain can be performed by measuring the
value of the first inertia peak. By experience, the dynamics of the measuring chain can be considered
satisfactory if a steel V-notch test piece shows an initial peak greater than 8 kN when using an impact
velocity between 5 m/s and 5,5 m/s. This is valid if the centres of the active strain gauges are 11 mm to
15 mm away from the striker contact point.
The instrumentation of the striker shall be adequate to give the required nominal force range. The
instrumented striker shall be designed to minimize its sensitivity to non-symmetric loading.
NOTE 2 Experience shows that with the V-notch test piece, nominal impact forces up to 40 kN can occur for
most steel types.
6.2.3 Calibration
Calibration of the recorder and measuring system may be performed statically in accordance with the
accuracy requirements given below and in 6.2.4.
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ISO 14556:2015(E)
It is recommended that the force calibration be performed with the striker built into the hammer assembly.
Force is applied to the striker through a special load frame equipped with a calibrated load cell and
using a special support block in the position of the test piece.
This support block shall have a high stiffness. The contact conditions shall be approximately equal to
those of the test and give reproducible results.
NOTE 1 An example of the support block for the calibration of a 2 mm striker is given in Annex B.
The static linearity and hysteresis error of the built-in, instrumented striker, including all parts of the
measurement system up to the recording apparatus (printer, plotter, etc.), shall be within ±2 % of the
recorded force, between 50 % and 100 % of the nominal force range, and within ±1 % of the full scale
force value between 10 % and 50 % of the nominal force range (see Figure 1).
For the instrumented striker alone, it is recommended that the accuracy be ±1 % of the recorded value
between 10 % and 100 % of the nominal range.
Key
X recorded value as percentage of nominal range
Y absolute error as percentage of nominal range
Figure 1 — Maximum permissible error of recorded values within the nominal force range
6.2.4 Displacement measurement
Displacement is normally determined from force-time measurements. See Clause 9.
Displacement can also be determined by non-contacting measurement of the displacement of the striker,
relative to the anvil, using optical, inductive, or capacitive methods. The signal transfer characteristics
of the displacement measurement system shall correspond to that of the force measuring system in
order to make the two recording systems synchronous.
The displacement measuring system shall be designed for nominal values up to 30 mm; linearity errors
in the measuring system shall yield measured values to within ±2 % in the range 1 mm to 30 mm. A
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ISO 14556:2015(E)
dynamic calibration of the displacement system can be achieved by releasing the pendulum without a
test piece in place, when the velocity is determined by:
vg= 2 h (1)
0 n
The velocity signal registered when the pendulum passes through the lowest position shall correspond
to velocity v .
0
It is recommended that displacements between 0 mm and 1 mm be determined from time measurements
and the striker impact velocity, using double numerical integration as described in 9.1.
6.2.5 Recording apparatus
Recording of the dynamic signals is preferably achieved by digital storage recorders, with output of the
test results to an X-Y printer or plotter. In order to meet the accuracies required in 6.2.3 and 6.2.4 with
digital measurement and recording systems, at least an 8 bit analogue-digital converter, with a sampling
rate of 250 kHz (4 µs), is required; however, 12 bit and 1 MHz are recommended. A minimum storage
capacity of 2 000 data points is required for each signal over an 8 ms time period, if the recording is
to be adequate; however, 8 000 data points are recommended. For signals less than 8 ms, the required
storage capacity may be reduced in proportion.
When values are determined from force-displacement graphs, sufficient precision is achieved by
producing graphs at least 100 mm high by 100 mm wide.
6.2.6 Calibration interval
It is recommended that calibration of the instrumentation be performed at intervals not exceeding 12
months, or whenever the pendulum impact machine or instrumentation has undergone dismantling,
moving, repair, or adjustment. In the case of striker replacement, it is recommended that a calibration
be performed, unless it can be demonstrated that it is not necessary.
7 Test piece
The test piece is a Charpy V-notch test piece, in accordance with ISO 148-1.
8 Test procedure
Perform the Charpy V-notch pendulum impact test in accordance with ISO 148-1. In addition, determine
and evaluate the force-displacement curve with respect to various characteristic deformation and
fracture stages.
9 Expression of results
9.1 General
If the displacement is not directly measured, calculate the force-displacement curve as follows. The
force-time relationship measured on the striker is proportional to the acceleration characteristic. Given
an assumed rigid pendulum of effective mass m, the initial impact velocity v , and the time t following
0
the beginning of the deformation at t , the test piece bending displacement is calculated by double
0
numerical integration using:
t
1
vt()=−v Ft()dt (2)
0
∫
m
t
0
6 © ISO 2015 – All rights reserved
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ISO 14556:2015(E)
t
st()= vt()dt (3)
∫
t
0
9.2 Evaluation of the force-displacement curve
Characteristic force-displacement curves of various types are shown in Figure 2, in order to simplify
evaluation and reporting. These c
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 14556
Deuxième édition
2015-09-01
Matériaux métalliques — Essai de
flexion par choc sur éprouvette
Charpy à entaille en V — Méthode
d’essai instrumenté
Metallic materials — Charpy V-notch pendulum impact test —
Instrumented test method
Numéro de référence
ISO 14556:2015(F)
©
ISO 2015
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ISO 14556:2015(F)
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l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
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ii © ISO 2015 – Tous droits réservés
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ISO 14556:2015(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
3.1 Valeurs caractéristiques de force . 1
3.2 Valeurs caractéristiques de déplacement . 2
3.3 Valeurs caractéristiques d’énergie . 2
4 Symboles et termes abrégés . 3
5 Principe . 3
6 Appareillage . 4
6.1 Machine d’essai . 4
6.2 Instrumentation et étalonnage . 4
6.2.1 Mesures raccordées . 4
6.2.2 Mesure de la force . 4
6.2.3 Étalonnage . 5
6.2.4 Mesure du déplacement . 6
6.2.5 Enregistreur . 6
6.2.6 Intervalle entre étalonnages . 6
7 Éprouvette . 6
8 Mode opératoire. 6
9 Expression des résultats. 7
9.1 Généralités . 7
9.2 Évaluation de la courbe force-déplacement . 7
9.3 Détermination des valeurs caractéristiques de force . 7
9.4 Détermination des valeurs caractéristiques de déplacement . 8
9.5 Détermination des valeurs caractéristiques d’énergie .10
10 Rapport d’essai .11
Annexe A (informative) Conceptions de couteaux instrumentés .12
Annexe B (informative) Exemple de bloc support pour l’étalonnage d’un couteau de 2 mm .13
Annexe C (informative) Formules pour l’estimation de la proportion de surface de
rupture ductile .14
Annexe D (normative) Essai de flexion par choc instrumenté sur éprouvettes Charpy à
entaille en V de dimensions réduites .15
Bibliographie .21
© ISO 2015 – Tous droits réservés iii
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ISO 14556:2015(F)
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.
L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www.
iso.org/directives).
L’attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l’ISO (voir www.iso.org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer
un engagement.
Pour une explication de la signification des termes et expressions spécifiques de l’ISO liés à
l’évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion de l’ISO aux principes
de l’OMC concernant les obstacles techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: Avant-propos —
Informations supplémentaires.
L’ISO 14556 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 164, Essais mécaniques des métaux, sous-
comité SC 4, Essais de ténacité.
Cette deuxième édition annule et remplace la première (ISO 14556:2000), qui a fait l’objet d’une
révision technique.
iv © ISO 2015 – Tous droits réservés
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NORME INTERNATIONALE ISO 14556:2015(F)
Matériaux métalliques — Essai de flexion par choc sur
éprouvette Charpy à entaille en V — Méthode d’essai
instrumenté
1 Domaine d’application
La présente Norme internationale spécifie une méthode d’essai instrumenté de flexion par choc sur
éprouvette Charpy à entaille en V pour les produits métalliques ainsi que les prescriptions concernant
le dispositif de mesure et d’enregistrement.
Par rapport à l’essai de flexion par choc sur éprouvette Charpy décrit dans la norme ISO 148-1, le présent
essai fournit des informations supplémentaires sur le comportement à la rupture du produit soumis à
des conditions d’essai de choc.
Des informations à caractère général sur la méthode d’essai instrumenté de flexion par choc peuvent
être trouvées dans les références[1] à [5].
2 Références normatives
Les documents ci-après, en tout ou partie, sont des références normatives dans le présent document
et sont indispensables à son application. 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 148-1, Matériaux métalliques — Essai de flexion par choc sur éprouvette Charpy — Partie 1:
Méthode d’essai
ISO 148-2, Matériaux métalliques — Essai de flexion par choc sur éprouvette Charpy — Partie 2: Vérification
des machines d’essai (mouton-pendule)
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s’appliquent.
3.1 Valeurs caractéristiques de force
3.1.1
force d’écoulement généralisé
F
gy
force au point de transition entre la partie linéaire croissante et la partie incurvée de la courbe
force-déplacement.
Note 1 à l’article: Elle représente une première approximation de la force pour laquelle survient la plastification
sur la totalité du ligament de l’éprouvette non (voir 9.3).
3.1.2
force maximale
F
m
force maximale de la courbe force-déplacement.
© ISO 2015 – Tous droits réservés 1
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ISO 14556:2015(F)
3.1.3
force à l’amorçage de la fissure instable
F
iu
force qui se situe au début de la chute brutale dans la courbe force-déplacement (amorçage de la
fissure instable).
3.1.4
force à l’arrêt de la fissure
F
a
force à la fin (à l’arrêt) de la propagation de la fissure instable.
3.2 Valeurs caractéristiques de déplacement
3.2.1
déplacement d’écoulement généralisé
s
gy
déplacement correspondant à la force d’écoulement généralisé, F
gy
3.2.2
déplacement à la force maximale
s
m
déplacement correspondant à la force maximale, F
m
3.2.3
déplacement à l’amorçage de la fissure
s
iu
déplacement correspondant à l’amorçage de la fissure instable, F
iu
3.2.4
déplacement à l’arrêt de la fissure
s
a
déplacement associé à la force correspondant à la fin (à l’arrêt) de la propagation de la fissure instable, F
a
3.2.5
déplacement total
s
t
déplacement à l’extrémité de la courbe force-déplacement.
3.3 Valeurs caractéristiques d’énergie
3.3.1
énergie à la force maximale
W
m
énergie partielle de s = 0 à s = s
m
3.3.2
énergie à l’amorçage de la fissure instable
W
iu
énergie partielle de s = 0 à s = s
iu
3.3.3
énergie à l’arrêt de la fissure
W
a
énergie partielle de s = 0 à s = s
a
2 © ISO 2015 – Tous droits réservés
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ISO 14556:2015(F)
3.3.4
énergie totale
W
t
énergie absorbée par l’éprouvette pendant l’essai
Note 1 à l’article: calculée à partir de l’aire sous la courbe force-déplacement de s = 0 to s = s .
t
4 Symboles et termes abrégés
Pour les besoins de la présente Norme internationale, les symboles donnés dans le Tableau 1 s’appliquent
(voir également Figures 2 et 3).
Tableau 1 — Symboles et leur signification
Symbole Signification Unité
f Limite de la fréquence de sortie Hz
g
F Force N
F Force à l’arrêt de la fissure N
a
F Force d’écoulement généralisé N
gy
F Force à l’amorçage de la fissure instable N
iu
F Force maximale N
m
2
g Accélération due à la pesanteur m/s
n
h Hauteur de chute du centre du couteau du mouton-pendule (voir ISO 148-2) m
KV Energie absorbée comme défini dans l’ISO 148-1 J
m Masse effective du pendule correspondant à son poids effectif (voir ISO 148-2) kg
s Déplacement m
s Déplacement à l’arrêt de la fissure m
a
s Déplacement d’écoulement généralisé m
gy
s Déplacement à l’amorçage de la fissure instable m
iu
s Déplacement à la force maximale m
m
s Déplacement total m
t
t Temps s
t Temps au début de la déformation de l’éprouvette s
o
t Temps de montée du signal s
r
v Vitesse initiale d’impact du couteau m/s
o
v Vitesse d’impact du couteau à l’instant t m/s
t
W Energie à l’arrêt de la fissure J
a
W Energie à l’amorçage de la fissure instable J
iu
W Energie à la force maximale J
m
W Energie totale J
t
5 Principe
5.1 Le présent essai consiste à mesurer la force d’impact, en fonction du déplacement en flexion de
l’éprouvette, pendant un essai de flexion par choc réalisé conformément à l’ISO 148-1. L’aire sous la
courbe force-déplacement définit l’énergie absorbée par l’éprouvette.
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5.2 Les courbes force-déplacement pour différents produits en acier et différentes températures
peuvent être très différentes, même si les aires sous les courbes et les énergies absorbées sont identiques.
Si l’on subdivise les courbes force-déplacement en zones caractéristiques, les différentes phases de
l’essai peuvent en être déduites, ce qui fournit des renseignements importants sur le comportement de
l’éprouvette sollicitée à des vitesses de chargement correspondant aux chocs.
NOTE La courbe force-déplacement ne peut pas être utilisée dans les calculs de résistance des structures. Il
n’est pas possible de déterminer directement la plus faible température de service admissible pour un matériau
utilisé dans une construction.
6 Appareillage
6.1 Machine d’essai
Un mouton-pendule, conforme à l’ISO 148-2 et instrumenté de façon à déterminer la courbe force-temps
ou la courbe force-déplacement, doit être utilisé.
Des comparaisons entre l’énergie totale, W , donnée par l’instrumentation et l’énergie absorbée KV
t
indiquée par le cadran de la machine ou un système d’enregistrement approprié, doivent être réalisées.
NOTE 1 L’instrumentation et le cadran ou le système d’enregistrement mesurent des quantités similaires mais
différentes. On peut s’attendre à des différences notables (voir Référence[6]).
Si l’écart entre les valeurs KV et W dépasse ± 5 J, il convient d’examiner les points suivants:
t
a) le frottement de la machine;
b) l’étalonnage du système de mesure de la force ;
c) le logiciel utilisé pour l’étalonnage.
6.2 Instrumentation et étalonnage
6.2.1 Mesures raccordées
L’équipement utilisé pour tous les mesures d’étalonnage doit être raccordé à des étalons nationaux ou
internationaux de mesure.
6.2.2 Mesure de la force
La mesure de la force est habituellement effectuée en utilisant deux jauges de déformation à résistance
électrique liées au couteau standard pour former un capteur de force. Des conceptions appropriées sont
données dans l’annexe A.
Un circuit en pont complet est constitué par deux jauges de déformation soumises à la même sollicitation
(actives) collées sur les deux faces opposées du couteau et deux jauges de déformation de compensation
(passives) ou des résistances électriques s’y substituant. Les jauges de déformation de compensation ne
doivent être reliées à aucune partie de la machine soumise aux effets du choc ou à des vibrations.
NOTE 1 De manière alternative, toute autre instrumentation pour constituer un capteur de force, qui répond
aux niveaux de performance requis, peut être utilisée.
Le système de mesure de force (couteau instrumenté, amplificateur, système d’enregistrement) doit
avoir une réponse d’au moins 100 kHz, ce qui correspond à un temps de montée, t, d’au plus 3,5 μs.
Une caractérisation dynamique simple de la chaîne de mesure de force peut être réalisée en mesurant
la valeur du premier pic d’inertie. Par expérience, la dynamique d’une chaîne de mesure peut être
considérée comme satisfaisante, si une éprouvette à entaille en V en acier indique un pic initial supérieur
à 8 kN, lorsqu’on utilise une vitesse d’impact comprise entre 5 m/s et 5,5 m/s. Ceci est valable si les
centres des jauges de déformation actives sont situés de 11 mm à 15 mm du point de contact du couteau.
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Il convient que l’instrumentation du couteau soit telle qu’elle donne l’étendue requise de force nominale. Le
couteau instrumenté doit être conçu de façon à minimiser sa sensibilité à un chargement non symétrique.
NOTE 2 L’expérience montre qu’avec l’éprouvette à entaille en V, des forces nominales d’impact supérieures à
40 kN peuvent être obtenues pour tous les types d’acier.
6.2.3 Étalonnage
L’étalonnage du système de mesure et de l’enregistreur peut en pratique être réalisé, de manière
statique, conformément aux exigences de précision données ci-après et en 6.2.4.
Il est recommandé que l’étalonnage de la force soit réalisé avec le couteau monté dans le marteau.
La force est appliquée au couteau à l’aide d’un bâti spécial équipé d’une cellule de mesure de force
étalonnée et en utilisant un bloc support spécial à la place de l’éprouvette.
Ce bloc support doit avoir une rigidité élevée et ses paramètres caractéristiques doivent correspondre
à ceux de l’éprouvette Charpy à entaille en V. Les conditions de contact doivent être approximativement
celles de l’essai et doivent donner des résultats reproductibles.
NOTE 1 Un exemple de bloc support pour l’étalonnage d’un couteau de 2 mm est donné dans l’annexe B.
La linéarité statique et l’erreur de réversibilité du couteau instrumenté, incluant toutes les parties
du système de mesure jusqu’à l’enregistreur (imprimante, enregistreur graphique, etc.) doivent être
à ± 2 % de la force enregistrée, entre 50 % et 100 % de l’étendue de force nominale, et à ± 1 % de la force
pleine échelle entre 10 % et 50 % de l’étendue de force nominale (voir Figure 1).
Pour le couteau instrumenté seul, il est recommandé que la précision soit de ± 1 % de la valeur
enregistrée entre 10 % et 100 % de l’étendue nominale.
Légende
X valeur enregistrée en pourcentage de l’étendue de force nominale
Y erreur absolue en pourcentage de l’étendue de force nominale
Figure 1 — Erreur maximale admissible des valeurs enregistrées dans l’étendue de force
nominale
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6.2.4 Mesure du déplacement
Le déplacement est normalement déterminé à partir des mesures force-temps. Voir article 9.
Le déplacement peut également être déterminé par une mesure sans contact du déplacement du couteau
par rapport à l’enclume, en utilisant des méthodes optique, inductive ou capacitive. Les caractéristiques
du transfert du signal du système de mesure du déplacement doivent correspondre à celles du système
de mesure de la force de façon à rendre synchrones les deux systèmes d’enregistrement.
Le système de mesure de déplacement doit être conçu pour des valeurs nominales allant jusqu’à 30 mm;
les erreurs de linéarité du système de mesure doivent donner des valeurs mesurées à ± 2 % dans la
gamme 1 mm à 30 mm. Un étalonnage dynamique du système de mesure du déplacement peut être
obtenu en libérant le pendule sans éprouvette mise en place lorsque la vitesse est déterminée par:
vg= 2 h
0 n
Il convient que le signal de la vitesse enregistré lorsque le pendule passe par la position la plus basse
corresponde à la vitesse vo.
Il est recommandé que les déplacements compris entre 0 et 1 mm soient déterminés à partir des mesures
du temps et de la vitesse d’impact du couteau en utilisant une double intégration comme décrit au 9.1.
6.2.5 Enregistreur
L’enregistrement des signaux dynamiques est préférentiellement obtenu par des enregistreurs
numériques à mémoire avec sortie des résultats d’essais sur une imprimante ou une table traçante
X-Y. Afin de satisfaire les précisions prescrites en 6.2.3 et 6.2.4 avec des systèmes de mesure et
d’enregistrement numériques, un convertisseur analogique-numérique à 8 bits avec une fréquence
d’échantillonnage de 250 kHz (4 μs) est au moins nécessaire; cependant, il est recommandé d’en utiliser
un à 12 bits et 1 MHz. Une capacité de stockage de 2 000 points expérimentaux est prescrite pour chaque
signal sur une durée de 8 ms si l’on veut un enregistrement adéquat. Cependant il est recommandé
d’utiliser 8000 points expérimentaux. Pour des signaux de durée inférieure à 8 ms, la capacité de
stockage peut être réduite proportionnellement.
Lorsque les valeurs sont déterminées à partir de diagrammes force-déplacement, une précision suffisante
est obtenue par la production de diagrammes ayant une hauteur et une largeur d’au moins 100 mm.
6.2.6 Intervalle entre étalonnages
Il est recommandé que l’étalonnage de l’instrumentation soit réalisé à intervalles ne dépassant pas
12 mois, ou lorsque le mouton pendule ou l’instrumentation ont été démontés, déplacés, réparés ou
adaptés. Dans le cas d’un remplacement du couteau, il est recommandé d’effectuer un étalonnage à
moins qu’il puisse être démontré que cela n’est pas nécessaire.
7 Éprouvette
L’éprouvette est une éprouvette Charpy avec entaille en V qui doit être conforme à l’ISO 148-1.
8 Mode opératoire
Réaliser l’essai de flexion par choc Charpy V conformément à l’ISO 148-1. De plus, la courbe force-
déplacement est déterminée et évaluée pour les phases caractéristiques des étapes de déformation
et de rupture.
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9 Expression des résultats
9.1 Généralités
Si le déplacement n’est pas mesuré directement, calculer la courbe force-déplacement comme suit. La
relation force-temps mesurée sur le couteau est proportionnelle à la caractéristique d’accélération.
Étant donné un pendule supposé rigide de masse effective, m, la vitesse initiale d’impact, vo, et le temps,
t, suivant le début de la déformation à to, le déplacement en flexion de l’éprouvette est calculé par double
intégration numérique:
t
1
vt()=−v Ft()dt
0
∫
m
t
0
t
st()= vt()dt
∫
t
0
9.2 Évaluation de la courbe force-déplacement
Des courbes caractéristiques force-déplacement de différents types sont données à la Figure 2 de
façon à simplifier l’évaluation et l’établissement du rapport. Celles-ci peuvent être approximativement
classées dans les catégories suivantes :
— Type A and B domaine fragile
— Type C, D, and E domaine de transition
— Type F domaine ductile
Pour les courbes force-déplacement de type A, seule se produit la propagation d’une fissure instable.
Pour les types B, C, D et E, des proportions variables de propagation de fissures stable et instable
peuvent apparaître. Pour les courbes de type F, seule une propagation de fissure stable se produit.
Déterminer le type de la courbe force-déplacement par comparaison avec les représentations
schématiques données à la Figure 2 (colonne 2). Pour les courbes force-déplacement de type A,
seule peut être déterminée F . Pour les courbes force-déplacement de type B, seules peuvent être
iu
déterminées F F
iu et a.
Dans les paragraphes suivants, l’évaluation des courbes force-déplacement est expliquée. Il convient
de noter que les vibrations résultant de l’interaction entre le couteau instrumenté et l’éprouvette
se superposent au signal force-déplacement. Généralement, une courbe obtenue après lissage des
oscillations comme indiqué à la Figure 3 donne des valeurs caractéristiques reproductibles.
9.3 Détermination des valeurs caractéristiques de force
Déterminer la force d’écoulement généralisé, F , comme la force correspondant à l’intersection entre la
gy
partie linéaire élastique de la courbe force-déplacement, en négligeant le pic initial d’inertie, et la courbe
obtenue après lissage des oscillations de la courbe force-déplacement après le début d’écoulement
plastique du ligament entier (Figure 2: courbes force-déplacement des types C à F).
Déterminer la force maximale, F , comme étant le maximum de la courbe obtenue après lissage des
m
oscillations.
Déterminer la force correspondant à l’amorçage de la fissure instable, F , comme étant la force à
iu
l’intersection entre la courbe obtenue après lissage des oscillations, après que l’écoulement généralisé
se soit produit, et la partie de la courbe force-déplacement chutant rapidement. Si la chute rapide
coïncide avec la force maximale enregistrée, alors F = F (courbes force-déplacement de types C ou D).
iu m
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Déterminer la force correspondant à la fin de la propagation de la fissure instable, F , comme étant la
a
force à l’intersection entre la chute importante de la courbe force-déplacement et la courbe obtenue après
lissage des oscillations de la partie restante de la courbe (courbes force-déplacement de types D ou E).
9.4 Détermination des valeurs caractéristiques de déplacement
Les valeurs caractéristiques de déplacement données en 3.2 sont les valeurs des abscisses pour les
valeurs caractéristiques de force déterminées conformément à 9.3 (voir Figure 2).
NOTE 1 Le déplacement d’écoulement généralisé, s , peut seulement être déterminé, de manière
gy
approximative, en utilisant des appareils de mesure usuels. En conséquence, la spécification de s n’est
gy
généralement pas utilisée.
NOTE 2 En raison de la chute brutale dans la courbe force-déplacement entre F et F , on a en général s s .
iu a iu ≈ a
Le déplacement total, s , est seulement déterminé si l’éprouvette est complètement rompue lors
t
de l’essai et que la courbe force-déplacement jusqu’à la rupture de l’éprouvette est disponible. Dans
ce cas, la courbe obtenue après lissage des oscillations de la courbe force-déplacement tend de façon
asymptotique vers la force F = 0. Le déplacement total, st, est donné comme la valeur de l’abscisse de la
courbe obtenue après lissage des oscillations pour F = 0
NOTE 3 Si la force ne revient pas au point initial (c’est à dire F = 0) pendant la durée de l’essai mais tend de
façon asymptotique vers une valeur de F > 0, Le déplacement total, st, peut être défini comme étant la valeur de
l’abscisse de la courbe obtenue après lissage des oscillations pour F = 0,02 F .
m
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Légende
1 type de courbe force-déplacement (voir 9.2)
2 représentation schématique
3 enregistrement réel
Figure 2 — Courbes caractéristiques force-déplacement et définitions des valeurs
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Figure 3 — Détermination des valeurs caractéristiques de force
9.5 Détermination des valeurs caractéristiques d’énergie
Déterminer l’énergie à la force maximale, W , par l’intégrale de l’aire sous la courbe force-déplacement
m
de s = 0 à s = s .
m
Déterminer l’énergie à l’initiation de la fissure, W , par l’intégrale de l’aire sous la courbe force-
iu
déplacement de s = 0 à s = s .
iu
Déterminer l’énergie à l’arrêt de la fissure, W , par l’intégrale de l’aire sous la courbe force-déplacement
a
de s = 0 à s = s .
a
NOTE En raison de la chute brutale dans la courbe force-déplacement entre F et F , on a en général W ≈ W .
iu a iu a
Déterminer l’énergie totale, W , par l’intégrale de l’aire sous la courbe force-déplacement de s = 0 à s = s .
t t
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...
Questions, Comments and Discussion
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