ISO 6721-8:1997
(Main)Plastics — Determination of dynamic mechanical properties — Part 8: Longitudinal and shear vibration — Wave-propagation method
Plastics — Determination of dynamic mechanical properties — Part 8: Longitudinal and shear vibration — Wave-propagation method
Plastiques — Détermination des propriétés mécaniques dynamiques — Partie 8: Vibrations longitudinale et en cisaillement — Méthode de propagation des ondes
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Relations
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INTERNATIONAL
IS0
STANDARD
6721-8
First edition
1997-06-01
- Determination of dynamic
Plastics
mechanical properties -
Part 8:
Longitudinal and shear vibration -
Wave-propagation method
Plastiques - Dktermination des propriktks mkaniques dynamiques -
Partie 8: Vibrations longitudinale et en cisaillement - M&hode
de propagation des ondes
Reference number
IS0 6721-&1997(E)
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IS0 6721-S: 1997(E)
FOREWORD
IS0 (the International Organization for Standardization) is a worldwide
federation of national standards bodies (IS0 member bodies). The work of
preparing International Standards is normally carried out through IS0
technical committees. Each member body interested in a subject for which
a technical committee has been established has the right to be represented
on that committee. International organizations, governmental and non-
governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. IS0
collaborates closely with the International Electrotechnical Commission
(IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
Draft International Standards adopted by the technical committees are
circulated to the member bodies for voting. Publication as an International
Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting
a vote.
International Standard IS0 6721-8 was prepared by Technical Committee
ISO/TC 61, Plastics, Subcommittee SC 2, Mechanical properties.
0 IS0 1997
All rights reserved. Unless otherwise specified, no part of this publication may be
reproduced or utilized in any form or by any means, electronic or mechanical, including
photocopying and microfilm, without permission in writing from the publisher.
International Organization for Standardization
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Internet
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Printed in Switzerland
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IS0 6721-S: 1997(E)
0 IS0
IS0 6721 consists of the following parts, under the general title
Plastics - Determination of dynamic mechanical properties:
- Part 1: General principles
- Part 2: Torsion-pendulum method
- Part 3: Flexural vibration - Resonance-curve method
Non-resonance method
- Part 4: Tensile vibration -
- Non-resonance method
- Part 5: Flexural vibration
- Part 6: Shear vibration - Non-resonance method
- Part 7: Torsional vibration - Non-resonance method
- Part 8: Longitudinal and shear vibration - Wave-propagation
method
Part 9: Tensile vibration - Sonic-pulse propagation method
- Part 10: Complex shear viscosity using a parallel-plate oscillatory
rheometer
. . .
111
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This page intentionally left blank
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IS0 6721-g: 1997(E)
INTERNATIONAL STANDARD @ IS0
- Determination of dynamic mechanical properties -
Plastics
Part 8:
Longitudinal and shear vibration - Wave-propagation method
1 SCOPE
This part of the International Standard IS0 6721 describes an ultrasonic wave propagation
method for determining the storage components of the longitudinal complex modulus L* and
the shear complex modulus G* of polymers at discrete frequencies typically in the range 0.5
MHz to 5 MHz. The method is suitable for measuring materials with storage moduli in the
range 0.01 GPa to 200 GPa and with loss factors below 0.1 at around 1 MHz. With materials
that have a higher loss, significant errors in velocity measurement are introduced through
waveform distortion and can only be reduced using procedures that are outside the scope
of this standard.
The method allows measurements to be made on small specimens, typically
50 mm x 20 mm x 5 mm, or small regions of larger specimens or sheets. It is therefore
possible to obtain information on the homogeneity or anisotropy (see clause 10.5) of modulus
in a specimen.
2 NORh?lATIVE REFERENCES
The following standards contain provisions which, through reference in this text, constitute
provisions of this International Standard. At the time of publication, the editions indicated
were valid. All standards are subject to revision, and parties to agreements based on this
International Standard are encouraged to use the most recent editions of the standards listed
below. Members of IEC and IS0 maintain registers of currently valid International
Standards.
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IS0 6721-8: 1997(E) @ IS0
IS0 1183:1987, Plastics - Methods for determining the density and relative density of non-
cellular plastics.
IS0 6721-1:1994, Plastics - Determination of dvnamic mechanical properties - Part 1: General
4
principles.
3 DEFINITIONS
See IS0 6721-1, 4.
31 .
LONGITUDINAL MODULUS
The ratio of a uniaxial tensile or compressive stress applied to a specimen to the resulting
uniaxial strain when the strain in a plane transverse to the axis of applied stress is zero. See
table 5 in IS0 6721-l for relationships between this and other moduli.
.
32 LONGITUDINAL ACOUSTIC WAVE
A sound wave in which the particle displacement is in the direction of wave propagation.
.
33 TRANSVERSE ACOUSTIC WAVE
A sound wave in which the particle displacement is perpendicular to the direction of wave
propagation.
34 . BULK WAVE
The mode of propagation of an acoustic wave in a material whose boundaries normal to the
direction of propagation are infinitely remote. This mode is real&d in practice for waves
whose wavelength is much less than the dimensions of the specimen transverse to the
direction of propagation. In practice, the acoustic wave frequency is then ultrasonic.
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0 IS0 IS0 6721-g: 1997(E)
4
PRINCIPLE
Measurements are made of the velocity of longitudinal and transverse acoustic waves in a
The frequency of the wave is chosen so that its
specimen and the specimen density.
wavelength in the specimen is significantly less than the specimen dimensions in a plane
transverse to the direction of wave propagation. The wave then propagates as a bulk wave.
The longitudinal and shear storage moduli are given by the product of the material density
and the square of the longitudinal and the shear wave velocities respectively.
Two methods are described in this international standard for measuring wave velocities. In
the immersion method, the specimen intercepts a beam of longitudinal acoustic wave pulses
passing between a transmitting and receiving transducer in a bath of a suitable liquid. At
normal incidence, longitudinal wave pulses are excited in the specimen. As the angle of
incidence is increased, the amplitude of the longitudinal refracted wave decreases and a
refracted transverse (shear) wave is generated. Longitudinal and transverse wave velocities
are deduced from measurements of differences in pulse transit times with and without the
specimen in the beam and a knowledge of the velocity of sound in the liquid.
In the transducer contact method, the specimen is sandwiched between two transducers, one
launching and the other receiving acoustic wave pulses. For the determinaion of longitudinal
and transverse wave velocities, transducer pairs having longitudinal and transverse
polarisations, respectively, are used. Wave velocities are again obtained from measurements
of differences in pulse transit times with and without the specimen in the beam.
5 TESTING DEVICE
.
51 APPARATUS
The requirements of the apparatus are that it shall enable measurement of the velocities of
longitudinal and transverse ultrasonic waves in a specimen. Two methods are described in
this International Standard.
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IS0 6721-g: 1997(E)
5.1.1 Method A: Immersion method
Figure la shows, schematically, suitable apparatus for measuring velocity by an immersion
method. Two ultrasonic transducers are mounted coaxially in a bath containing a liquid, one
acts as a transmitter T of longitudinal ultrasonic wave pulses and the other as a receiver R.
The transmitter is driven by a series of high-voltage, short-duration electrical pukes from the
transducer drive unit. A pulse repetition interval of about 1 ms is satisfactory. Acoustic
pulses launched by the transmitter travel through the liquid and the specimen and are
The specimen is mounted on a turntable, located
detected by the receiving transducer.
between the transducers T and R, such that the angle of incidence of the acoustic beam can
be varied and measured to f: 0.5O. The specimen can be removed from the beam. The
receiving transducer is connected to electronic equipment that will enable measurement of
the difference in the arrival times of pulses received with and without the specimen in the
beam. An oscilloscope, whose timebase is accurately calibrated and triggered by the
transducer drive unit, is suitable for this purpose.
The receiving transducer may be replaced by a reflecting surface, such as a metal block,
positioned normal to the axis of the transmitter as shown in figure lb. The transmitting
transducer is now used to detect the beam of pulses reflected back through the liquid and
the specimen and is connected to the transit-time measuring equipment (see note 1).
(Note 1. This t es t arrangement may be more appropriate if the specimen is only available
as a thin sheet since the transit time in the specimen is twice that obtained using the
transmitter and receiver arrangement.)
5.1.2 Method B. Transducer contact method
Figure 2a shows a method for measuring wave velocity by direct contact between the
transmitting and receiving transducers and the surfaces of the specimen. For the
determination of the longitudinal wave velocity, transducer pairs that launch and receive
longitudinal acoustic waves are used whilst, for the determination of the transverse wave
velocity, shear (transverse) wave transducers are employed. The transducer separation can
be varied to accommodate specimens of different thickness including direct contact between
the two transducers. A coupling fluid is necessary to maximise the pulse amplitude
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IS0 6721-g: 1997(E)
@ IS0
transmitted to the specimen and to the receiver.
The receiver may be replaced by a reflecting surface in contact with the specimen as shown
in figure 2b. The transmitting transducer is now used to detect the beam of pulses reflected
back through the specimen and is connected to the transit time measuring equipment (see
note 1).
52 . TRANSDUCERS
When driven by the transducer drive unit, the transmitter should produce a short pulse at
its natural frequency that has a duration of around three or four cycles. A suitable waveform
is shown in figure 3. Pulses of longer duration are satisfactory but may not allow
measurement of wave velocities by timing the interval between pulses that have been
, v 1
internally reflected by the specimen surfaces owing to an overlap of th rse pulses.
In either of the test arrangements shown in figure 2, the transmitter shou d possess a suitable
the surface of the
buffer material located between the acoustic resonating device and
transmitter in order to prevent the contact with the specimen, the receiver or the reflector
from influencing the acoustic performance of the transmitter and hence the shape of the
pulses genera ted.
53 * TRANSIT-TIME MEASURING EQUIPMENT
Data processing equipment shall be capable of measuring the time interval between two
received pulses to an accuracy of ,+ 0.5% of the time interval (see note 2).
(Note 2. The time interval between received pulses will depend upon the thickness of the
specimen and the wave velocity in the material. For attenuating materials, such as most
polymers, where specimens of only a few millimetres in thickness can be used, time intervals
will be in the region of one microsecond.)
The use of a digital storage oscilloscope having a high sampling rate or an oscilloscope whose
time base is triggered by the transducer drive unit through an accurate digital delay circuit
are suitable for this purpose.
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IS0 6721-g: 1997(E)
.
54 TEMPERATURE MEASUREMENT AND CONTROL
See IS0 6721-1, sub clause 5.5 and note 3.
e t ermination of wave velocity using the methods described in this standard
(Note 3. The d
involve measuring the time interval between two received pulses. When these pulses are
obtained with and without the specimen in the acoustic beam, it is important that the
temperature of the apparatus has not changed significantly between t
...
ISO
NORME
6721-B
INTERNATIONALE
Première édition
1997-06-01
- Détermination des propriétés
Plastiques
mécaniques dynamiques -
Partie 8:
Vibrations longitudinale et en cisaillement -
Méthode de propagation des ondes
- Determination of dynamic mechanical properties -
Plastics
Part 8: Longitudinal and shear vibration - Wave-propagation method
Numéro de référence
ISO 6721-8:1997(F)
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ISO 6721=8:1997(F)
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une
fédération mondiale d’organismes nationaux de normalisation
(comités membres de I’ISO). L’élaboration des Normes
internationales est en général confiée aux comités techniques de
I’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de
faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations
internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en
liaison avec I’ISO participent également aux travaux. L’ISO colla-
bore étroitement avec la Commission électrotechnique
internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation
électrotechnique.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités
techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l’approbation de
75 % au moins des comités membres votants.
La Norme internationale ISO 6721-8 a été élaborée par le comité
technique ISOAC 61, Plastiques, sous-comité SC 2, Propriétés
mécaniques.
L’ISO 6721 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre
- Détermination des proprié tés mécaniques
général Plastiques
dynamiques:
Partie 1: Principes généraux
-
- Partie 2: Méthode au pendule de torsion
- Partie 3: Vibration en flexion - Méthode en résonance
- Partie 4: Vibration en traction - Méthode hors résonance
0 ISO 1997
Droits de reproduction réservés. Sauf prescription différente, aucune partie de cette publi-
cation ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun pro-
cédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l’accord
écrit de l’éditeur.
Organisation internationale de normalisation
Case postale 56 l CH-121 1 Genève 20 l Suisse
Internet central @ iso.ch
x.400 c=ch; a=400net; p=iso; o=isocs; s=central
Imprimé en Suisse
ii
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@ ISO ISO 6721-8: 1997(F)
Partie 5: Vibration en flexion - Méthode hors résonance
Partie 6: Vibration en cisaillement - Méthode hors résonance
Partie 7: Vibration en torsion - Méthode hors résonance
Partie 6: Vibrations longitudinale et en cisaillement - Méthode
de propagation des ondes
Partie 9: Vibration en traction - Méthode de propagation
de signaux acoustiques
Partie 10: Viscosité complexe en cisaillement à l’aide
d’un rhéomètre à oscillations à plateaux parallèles
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Page blanche
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NORME INTERNATIONALE @ 60 ISO 6721-8: 1997(F)
Plastiques - Détermination des propriétés mécaniques
dynamiques -
Partie 8:
Vibrations longitudinale et en cisaillement - Méthode
de propagation des ondes
1 Domaine d’application
La présente partie de la norme internationale ISO 6721 décrit une méthode de propagation des
ondes ultrasoniques qui permet de déterminer les composantes de consewation du module
complexe sous propagation d’ondes longitudinales L* et du module complexe sous propagation
d’ondes de cisaillement G* des polymères à certaines fréquences discrètes généralement situées
dans la plage allant de 0,5 MHz à 5 MHz. Cette méthode convient pour mesurer les propriétés de
matériaux dont les modules de consewation sont compris entre 0,Ol GPa et 200 GPa et dont les
facteurs de perte sont inférieurs à 0,l aux environs de 1 MHz. Dans le cas de matériaux
présentant une perte supérieure, des erreurs significatives apparaissent lors du mesurage de la
vitesse, en raison de la distorsion de la forme de l’onde, et ces erreurs ne peuvent être réduites
qu’en appliquant des méthodes qui ne sont pas abordées dans la présente norme.
La présente méthode permet d’effectuer des mesurages sur des éprouvettes de petite taille,
mesurant généralement 50 mm x 20 mm x 5 mm, ou sur certaines petites parties de feuilles ou
éprouvettes plus grandes. Il est ainsi possible d’obtenir des informations sur l’homogénéité ou
I’anisotropie (voir 10.5) du module de l’éprouvette.
2 Références normatives
Les normes suivantes contiennent des dispositions qui, par suite de la référence qui en est faite,
constituent des dispositions valables pour la présente norme internationale. Au moment de la
publication, les éditions indiquées étaient en vigueur. Toute norme est sujette à révision et les
-parties prenantes des accords fondés sur la présente norme internationale sont invitées à
rechercher la possibilité d’appliquer les éditions les plus récentes des normes indiquées ci-après.
Les membres de la CEI et de I’ISO possèdent le registre de normes internationales en vigueur à
un moment donné.
ISO 1183: 1987, Plastiques - Méthodes pour déterminer la masse volumique et la
densité relative des plastiques non alvéolaires.
ISO 6721-I: 1994, Plastiques - Détermination des proriétés mécaniques dynamiques -
Partie 1 : Principes généraux.
3 Définitions
Voir :ISO 6721-1, 4.
3.1 module sous propagation longitudinale
Rapport d’une contrainte uniaxiale en traction ou compression, appliquée à une éprouvette, à la
déformation uniaxiale en résultant, lorsque la déformation dans un plan transversal par rapport à
l’axe de la contrainte appliquée est nulle. Voir tableau 5 de I’ISO 67214, concernant les relations
entre ce module et les autres.
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ISO 6721=8:.1997(F)
@ ISO
3.2 onde acoustique longitudinale
Onde acoustique dans laquelle le déplacement des particules se fait dans la direction de
propagation de l’onde.
3.3 onde acoustique transversale
Onde acoustique dans laquelle le déplacement des particules se fait perpendiculairement à la
direction de propagation de l’onde.
3.4 onde dans la masse
Mode de propagation d’une onde acoustique dans un matériau dont les limites perpendiculaires à
la direction de propagation sont infiniment éloignées. En pratique, ce mode est adopté dans le
cas d’ondes dont la longueur d’onde est très inférieure aux dimensions de l’éprouvette situées à
la perpendiculaire de la direction de propagation de l’onde. La fréquence de l’onde acoustique est
alors ultrasonique.
Principe
4
On procède à des mesurages d’une part, de la vitesse de propagation d’ondes acoustiques
longitudinales et transversales dans une éprouvette et d’autre part, au mesurage de la masse
volumique de cette dernière. La fréquence de l’onde est choisie de façon à ce que la longueur
d’onde à l’intérieur de l’éprouvette soit nettement inférieure aux dimensions de cette dernière
dans un plan transversal par rapport à la direction de propagation des ondes. L’onde se propage
comme une onde dans la masse. Les modules de consen/ation sous propagation d’ondes
longitudinales et de cisaillement sont obtenus en multipliant la masse volumique du matériau et le
carré des vitesses des ondes longitudinales et de cisaillement, respectivement.
Dans la présente norme internationale, deux méthodes sont décrites pour mesurer la vitesse des
ondes. Dans le cas de la méthode de l’immersion, l’éprouvette intercepte un faisceau d’ondes
acoustiques longitudinales, émis dans un bain liquide approprié, entre un transducteur émetteur
et un transducteur récepteur. A incidence normale, les ondes longitudinales sont excitées dans
l’éprouvette. Au fur et à mesure que l’on augmente l’angle d’incidence, l’amplitude de l’onde
longitudinale réfractée diminue et une onde transversale (de cisaillement) réfractée est produite.
Les vitesses des ondes longitudinales et transversales sont obtenues à partir des différences
mesurées entre les durées de parcours des signaux selon que l’éprouvette se trouve ou non
dans le faisceau et des connaissances relatives à la vitesse du son dans le liquide.
Dans le cas de la méthode où il y a contact avec les transducteurs, l’éprouvette est prise en
sandwich entre deux transducteurs dont l’un émet et l’autre reçoit des signaux acoustiques. Pour
déterminer les vitesses des ondes longitudinales et transversales, on utilise respectivement des
paires de transducteurs à polarisations longitudinale et transversale. Là encore, les vitesses des
ondes sont obtenues à partir des différences mesurées entre les durées de parcours des signaux
selon que l’éprouvette se trouve ou non dans le faisceau.
5 Dispositif d’essai
5.1 Appareillage
Les exigences requises de l’appareillage doivent permettre de mesurer les vitesses de
propagation d’ondes ultrasoniques longitudinales et transversales dans une éprouvette. Deux
méthodes différentes sont décrites dans la présente norme internationale.
2
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@ ISO
ISO 6721=8:1997(F)
5.1.1 Méthode A: Méthode de l’immersion
La figure la représente schématiquement un appareillage approprié au mesurage de la vitesse
par la méthode de l’immersion. Deux transducteurs d’ultrasons sont montés coaxialement dans
un bain liquide. L’un d’entre eux sert d’émetteur T d’ondes ultrasoniques longitudinales et l’autre
de récepteur R. L’émetteur est actionné par des signaux électriques de haute tension et de
courte durée qui sont émis en série par un organe moteur. Un intervalle de récurrence des
signaux d’environ 1 ms est satisfaisant. Des signaux acoustiques sont émis par l’émetteur à
travers le liquide et l’éprouvette et détectés par le récepteur. L’éprouvette est montée sur une
table tournante placée entre les transducteurs T et R de manière à pouvoir faire varier l’angle
d’incidence du faisceau acoustique, la précision de mesurage devant être de f 0,5”. L’éprouvette
peut être soustraite à l’influence du faisceau. Le récepteur est raccordé à l’équipement
électronique qui permet de mesurer la différence entre les durées de parcours des signaux reçus
selon que l’éprouvette se trouve ou non dans le faisceau. Un oscilloscope dont la base de temps
est étalonnée avec précision et déclenchée par l’organe moteur du transducteur, convient à cette
tin.
Le récepteur peut être remplacé par une surface réfléchissante comme un bloc de métal, placée
perpendiculairement à l’axe de l’émetteur conformément à la représentation donnée figure 1 b.
L’émetteur, cette fois utilisé pour détecter le faisceau des impulsions réfractées par le liquide et
l’éprouvette, est raccordé au dispositif de mesurage des durées de parcours.
NOTE 1 : Cette configuration d’essai peut s’avérer plus appropriée si l’éprouvette est une
feuille mince puisque la durée de parcours à travers l’éprouvette est le double de celle
obtenue en utilisant la configuration émetteur - récepteur.
5.1.2 Méthode B : Méthode où il y a contact avec les transducteurs
La figure 2a représente une méthode de mesurage de la vitesse de propagation des ondes par
contact direct des deux transducteurs avec la surface de l’éprouvette. Pour déterminer la vitesse
de propagation des ondes longitudinales, on utilise des paires de transducteurs qui émettent et
reçoivent des ondes acoustiques longitudinales alors que pour déterminer la vitesse de
propagation des ondes transversales, on emploie des transducteurs d’ondes de cisaillement
(transversales). II est possible de faire varier l’écartement des transducteurs afin de permettre la
mise en place d’éprouvettes d’épaisseurs différentes, et d’établir également un contact direct
entre les deux transducteurs. Un liquide de couplage est nécessaire pour maximiser l’amplitude
des impulsions reçues par l’éprouvette et le récepteur.
Le récepteur peut être remplacé par une surface réfléchissante en contact avec l’éprouvette,
conformément à la représentation donnée figure 2b. L’émetteur, cette fois utilisé pour détecter le
faisceau des impulsions réfractées par l’éprouvette, est raccordé au dispositif de mesurage des
durées de parcours (voir note 1).
5.2 Transducteurs
Lorsque l’émetteur est mis en fonctionnement par l’organe moteur, il convient qu’il émette un
signal court à sa fréquence propre, d’une durée d’environ trois ou quatre cycles. Une forme
mais il
d’onde appropriée est représentée figure 3. Il est possible d’utiliser des signaux plus longs
se peut qu’ils ne permettent pas de mesurer les vitesses de propagation des ondes par le biais
d’une évaluation des intervalles qui séparent ceux qui ont été réfléchis intérieurement par les
surfaces de l’éprouvette en raison de leur chevauchement.
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ISO 6721=8:1997(F) 0 ISO
Dans le cas des deux configurations de la figure 2, il convient d’intercaler un matériau tampon
entre le dispositif de résonance acoustique et la surface de l’émetteur afin d’empêcher que le
contact avec l’éprouvette, le récepteur ou le dispositif réfléchissant n’influe sur les performances
acoustiques de l’émetteur et donc, sur la forme des signaux émis.
0
5.3 Equipement de mesurage des durées de parcours
L’équipement de traitement des données doit permettre de mesurer l’intervalle de temps qui
sépare la réception de deux signaux, la précision de mesurage devant être de i: 0,5 % de
l’intervalle de temps.
NOTE 2 : L’intervalle de temps qui sépare la réception des signaux dépend de l’épaisseur
de l’éprouvette et de la vitesse de propagation des ondes à travers le matériau. Pour les
matériaux d’amortissement tels que la plupart des polymères, et lorsque l’on ne peut utiliser
que des éprouvettes de quelques millimètres d’épaisseur seulement, les intervalles de
temps sont de l’ordre de la microseconde.
L’emploi d’un oscilloscope à mémoire numérique à haute vitesse d’échantillonnage ou d’un
oscilloscope dont la base de temps est déclenchée par l’organe moteur du transducteur par un
circuit de temporisation numérique précis, convient à cette fin.
5.4 Mesurage de la température et contrôle
Voir - ‘ISO 67214, paragraphe 5.5.
NOTE 3 : Pour déterminer la vitesse de propagation des ondes au moyen des méthodes
décrites dans la présente norme, il faut mesurer l’intervalle de temps qui sépare la réception
de deux signaux. Lorsque les signaux en question sont émis alors que l’éprouvette se
trouve, ou non, dans le faisceau acoustique, il est important que la température de
l’appareillage n’ait pas varié significativement entre les deux mesurages. A titre de
recommandation générale, il
...
ISO
NORME
6721-B
INTERNATIONALE
Première édition
1997-06-01
- Détermination des propriétés
Plastiques
mécaniques dynamiques -
Partie 8:
Vibrations longitudinale et en cisaillement -
Méthode de propagation des ondes
- Determination of dynamic mechanical properties -
Plastics
Part 8: Longitudinal and shear vibration - Wave-propagation method
Numéro de référence
ISO 6721-8:1997(F)
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ISO 6721=8:1997(F)
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une
fédération mondiale d’organismes nationaux de normalisation
(comités membres de I’ISO). L’élaboration des Normes
internationales est en général confiée aux comités techniques de
I’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de
faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations
internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en
liaison avec I’ISO participent également aux travaux. L’ISO colla-
bore étroitement avec la Commission électrotechnique
internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation
électrotechnique.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités
techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l’approbation de
75 % au moins des comités membres votants.
La Norme internationale ISO 6721-8 a été élaborée par le comité
technique ISOAC 61, Plastiques, sous-comité SC 2, Propriétés
mécaniques.
L’ISO 6721 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre
- Détermination des proprié tés mécaniques
général Plastiques
dynamiques:
Partie 1: Principes généraux
-
- Partie 2: Méthode au pendule de torsion
- Partie 3: Vibration en flexion - Méthode en résonance
- Partie 4: Vibration en traction - Méthode hors résonance
0 ISO 1997
Droits de reproduction réservés. Sauf prescription différente, aucune partie de cette publi-
cation ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun pro-
cédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l’accord
écrit de l’éditeur.
Organisation internationale de normalisation
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@ ISO ISO 6721-8: 1997(F)
Partie 5: Vibration en flexion - Méthode hors résonance
Partie 6: Vibration en cisaillement - Méthode hors résonance
Partie 7: Vibration en torsion - Méthode hors résonance
Partie 6: Vibrations longitudinale et en cisaillement - Méthode
de propagation des ondes
Partie 9: Vibration en traction - Méthode de propagation
de signaux acoustiques
Partie 10: Viscosité complexe en cisaillement à l’aide
d’un rhéomètre à oscillations à plateaux parallèles
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NORME INTERNATIONALE @ 60 ISO 6721-8: 1997(F)
Plastiques - Détermination des propriétés mécaniques
dynamiques -
Partie 8:
Vibrations longitudinale et en cisaillement - Méthode
de propagation des ondes
1 Domaine d’application
La présente partie de la norme internationale ISO 6721 décrit une méthode de propagation des
ondes ultrasoniques qui permet de déterminer les composantes de consewation du module
complexe sous propagation d’ondes longitudinales L* et du module complexe sous propagation
d’ondes de cisaillement G* des polymères à certaines fréquences discrètes généralement situées
dans la plage allant de 0,5 MHz à 5 MHz. Cette méthode convient pour mesurer les propriétés de
matériaux dont les modules de consewation sont compris entre 0,Ol GPa et 200 GPa et dont les
facteurs de perte sont inférieurs à 0,l aux environs de 1 MHz. Dans le cas de matériaux
présentant une perte supérieure, des erreurs significatives apparaissent lors du mesurage de la
vitesse, en raison de la distorsion de la forme de l’onde, et ces erreurs ne peuvent être réduites
qu’en appliquant des méthodes qui ne sont pas abordées dans la présente norme.
La présente méthode permet d’effectuer des mesurages sur des éprouvettes de petite taille,
mesurant généralement 50 mm x 20 mm x 5 mm, ou sur certaines petites parties de feuilles ou
éprouvettes plus grandes. Il est ainsi possible d’obtenir des informations sur l’homogénéité ou
I’anisotropie (voir 10.5) du module de l’éprouvette.
2 Références normatives
Les normes suivantes contiennent des dispositions qui, par suite de la référence qui en est faite,
constituent des dispositions valables pour la présente norme internationale. Au moment de la
publication, les éditions indiquées étaient en vigueur. Toute norme est sujette à révision et les
-parties prenantes des accords fondés sur la présente norme internationale sont invitées à
rechercher la possibilité d’appliquer les éditions les plus récentes des normes indiquées ci-après.
Les membres de la CEI et de I’ISO possèdent le registre de normes internationales en vigueur à
un moment donné.
ISO 1183: 1987, Plastiques - Méthodes pour déterminer la masse volumique et la
densité relative des plastiques non alvéolaires.
ISO 6721-I: 1994, Plastiques - Détermination des proriétés mécaniques dynamiques -
Partie 1 : Principes généraux.
3 Définitions
Voir :ISO 6721-1, 4.
3.1 module sous propagation longitudinale
Rapport d’une contrainte uniaxiale en traction ou compression, appliquée à une éprouvette, à la
déformation uniaxiale en résultant, lorsque la déformation dans un plan transversal par rapport à
l’axe de la contrainte appliquée est nulle. Voir tableau 5 de I’ISO 67214, concernant les relations
entre ce module et les autres.
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ISO 6721=8:.1997(F)
@ ISO
3.2 onde acoustique longitudinale
Onde acoustique dans laquelle le déplacement des particules se fait dans la direction de
propagation de l’onde.
3.3 onde acoustique transversale
Onde acoustique dans laquelle le déplacement des particules se fait perpendiculairement à la
direction de propagation de l’onde.
3.4 onde dans la masse
Mode de propagation d’une onde acoustique dans un matériau dont les limites perpendiculaires à
la direction de propagation sont infiniment éloignées. En pratique, ce mode est adopté dans le
cas d’ondes dont la longueur d’onde est très inférieure aux dimensions de l’éprouvette situées à
la perpendiculaire de la direction de propagation de l’onde. La fréquence de l’onde acoustique est
alors ultrasonique.
Principe
4
On procède à des mesurages d’une part, de la vitesse de propagation d’ondes acoustiques
longitudinales et transversales dans une éprouvette et d’autre part, au mesurage de la masse
volumique de cette dernière. La fréquence de l’onde est choisie de façon à ce que la longueur
d’onde à l’intérieur de l’éprouvette soit nettement inférieure aux dimensions de cette dernière
dans un plan transversal par rapport à la direction de propagation des ondes. L’onde se propage
comme une onde dans la masse. Les modules de consen/ation sous propagation d’ondes
longitudinales et de cisaillement sont obtenus en multipliant la masse volumique du matériau et le
carré des vitesses des ondes longitudinales et de cisaillement, respectivement.
Dans la présente norme internationale, deux méthodes sont décrites pour mesurer la vitesse des
ondes. Dans le cas de la méthode de l’immersion, l’éprouvette intercepte un faisceau d’ondes
acoustiques longitudinales, émis dans un bain liquide approprié, entre un transducteur émetteur
et un transducteur récepteur. A incidence normale, les ondes longitudinales sont excitées dans
l’éprouvette. Au fur et à mesure que l’on augmente l’angle d’incidence, l’amplitude de l’onde
longitudinale réfractée diminue et une onde transversale (de cisaillement) réfractée est produite.
Les vitesses des ondes longitudinales et transversales sont obtenues à partir des différences
mesurées entre les durées de parcours des signaux selon que l’éprouvette se trouve ou non
dans le faisceau et des connaissances relatives à la vitesse du son dans le liquide.
Dans le cas de la méthode où il y a contact avec les transducteurs, l’éprouvette est prise en
sandwich entre deux transducteurs dont l’un émet et l’autre reçoit des signaux acoustiques. Pour
déterminer les vitesses des ondes longitudinales et transversales, on utilise respectivement des
paires de transducteurs à polarisations longitudinale et transversale. Là encore, les vitesses des
ondes sont obtenues à partir des différences mesurées entre les durées de parcours des signaux
selon que l’éprouvette se trouve ou non dans le faisceau.
5 Dispositif d’essai
5.1 Appareillage
Les exigences requises de l’appareillage doivent permettre de mesurer les vitesses de
propagation d’ondes ultrasoniques longitudinales et transversales dans une éprouvette. Deux
méthodes différentes sont décrites dans la présente norme internationale.
2
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ISO 6721=8:1997(F)
5.1.1 Méthode A: Méthode de l’immersion
La figure la représente schématiquement un appareillage approprié au mesurage de la vitesse
par la méthode de l’immersion. Deux transducteurs d’ultrasons sont montés coaxialement dans
un bain liquide. L’un d’entre eux sert d’émetteur T d’ondes ultrasoniques longitudinales et l’autre
de récepteur R. L’émetteur est actionné par des signaux électriques de haute tension et de
courte durée qui sont émis en série par un organe moteur. Un intervalle de récurrence des
signaux d’environ 1 ms est satisfaisant. Des signaux acoustiques sont émis par l’émetteur à
travers le liquide et l’éprouvette et détectés par le récepteur. L’éprouvette est montée sur une
table tournante placée entre les transducteurs T et R de manière à pouvoir faire varier l’angle
d’incidence du faisceau acoustique, la précision de mesurage devant être de f 0,5”. L’éprouvette
peut être soustraite à l’influence du faisceau. Le récepteur est raccordé à l’équipement
électronique qui permet de mesurer la différence entre les durées de parcours des signaux reçus
selon que l’éprouvette se trouve ou non dans le faisceau. Un oscilloscope dont la base de temps
est étalonnée avec précision et déclenchée par l’organe moteur du transducteur, convient à cette
tin.
Le récepteur peut être remplacé par une surface réfléchissante comme un bloc de métal, placée
perpendiculairement à l’axe de l’émetteur conformément à la représentation donnée figure 1 b.
L’émetteur, cette fois utilisé pour détecter le faisceau des impulsions réfractées par le liquide et
l’éprouvette, est raccordé au dispositif de mesurage des durées de parcours.
NOTE 1 : Cette configuration d’essai peut s’avérer plus appropriée si l’éprouvette est une
feuille mince puisque la durée de parcours à travers l’éprouvette est le double de celle
obtenue en utilisant la configuration émetteur - récepteur.
5.1.2 Méthode B : Méthode où il y a contact avec les transducteurs
La figure 2a représente une méthode de mesurage de la vitesse de propagation des ondes par
contact direct des deux transducteurs avec la surface de l’éprouvette. Pour déterminer la vitesse
de propagation des ondes longitudinales, on utilise des paires de transducteurs qui émettent et
reçoivent des ondes acoustiques longitudinales alors que pour déterminer la vitesse de
propagation des ondes transversales, on emploie des transducteurs d’ondes de cisaillement
(transversales). II est possible de faire varier l’écartement des transducteurs afin de permettre la
mise en place d’éprouvettes d’épaisseurs différentes, et d’établir également un contact direct
entre les deux transducteurs. Un liquide de couplage est nécessaire pour maximiser l’amplitude
des impulsions reçues par l’éprouvette et le récepteur.
Le récepteur peut être remplacé par une surface réfléchissante en contact avec l’éprouvette,
conformément à la représentation donnée figure 2b. L’émetteur, cette fois utilisé pour détecter le
faisceau des impulsions réfractées par l’éprouvette, est raccordé au dispositif de mesurage des
durées de parcours (voir note 1).
5.2 Transducteurs
Lorsque l’émetteur est mis en fonctionnement par l’organe moteur, il convient qu’il émette un
signal court à sa fréquence propre, d’une durée d’environ trois ou quatre cycles. Une forme
mais il
d’onde appropriée est représentée figure 3. Il est possible d’utiliser des signaux plus longs
se peut qu’ils ne permettent pas de mesurer les vitesses de propagation des ondes par le biais
d’une évaluation des intervalles qui séparent ceux qui ont été réfléchis intérieurement par les
surfaces de l’éprouvette en raison de leur chevauchement.
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ISO 6721=8:1997(F) 0 ISO
Dans le cas des deux configurations de la figure 2, il convient d’intercaler un matériau tampon
entre le dispositif de résonance acoustique et la surface de l’émetteur afin d’empêcher que le
contact avec l’éprouvette, le récepteur ou le dispositif réfléchissant n’influe sur les performances
acoustiques de l’émetteur et donc, sur la forme des signaux émis.
0
5.3 Equipement de mesurage des durées de parcours
L’équipement de traitement des données doit permettre de mesurer l’intervalle de temps qui
sépare la réception de deux signaux, la précision de mesurage devant être de i: 0,5 % de
l’intervalle de temps.
NOTE 2 : L’intervalle de temps qui sépare la réception des signaux dépend de l’épaisseur
de l’éprouvette et de la vitesse de propagation des ondes à travers le matériau. Pour les
matériaux d’amortissement tels que la plupart des polymères, et lorsque l’on ne peut utiliser
que des éprouvettes de quelques millimètres d’épaisseur seulement, les intervalles de
temps sont de l’ordre de la microseconde.
L’emploi d’un oscilloscope à mémoire numérique à haute vitesse d’échantillonnage ou d’un
oscilloscope dont la base de temps est déclenchée par l’organe moteur du transducteur par un
circuit de temporisation numérique précis, convient à cette fin.
5.4 Mesurage de la température et contrôle
Voir - ‘ISO 67214, paragraphe 5.5.
NOTE 3 : Pour déterminer la vitesse de propagation des ondes au moyen des méthodes
décrites dans la présente norme, il faut mesurer l’intervalle de temps qui sépare la réception
de deux signaux. Lorsque les signaux en question sont émis alors que l’éprouvette se
trouve, ou non, dans le faisceau acoustique, il est important que la température de
l’appareillage n’ait pas varié significativement entre les deux mesurages. A titre de
recommandation générale, il
...
Questions, Comments and Discussion
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