ISO 22459:2020

Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical ceramics) — Reinforcement of ceramic composites — Determination of distribution of tensile strength and tensile strain to failure of filaments within a multifilament tow at ambient temperature

This document specifies the conditions for the determination of the distribution of strength and rupture strain of ceramic filaments within a multifilament tow at room temperature by performing a tensile test on a multifilament tow. This document applies to dry tows of continuous ceramic filaments that are assumed to act freely and independently under loading and exhibit linear elastic behaviour up to failure. The outputs of this method are not to be mixed up with the strengths of embedded tows determined by using ISO 24046[1]. [1] Under preparation.

Céramiques techniques — Renfort de céramiques composites — Détermination de la distribution de la résistance en traction et de la déformation à la rupture en traction de filaments dans un fil multifilamentaire à température ambiante

Le présent document spécifie les conditions de détermination de la distribution de la résistance et de la déformation à la rupture de filaments céramiques dans un fil multifilamentaire à température ambiante, en réalisant un essai de traction sur un fil multifilamentaire. Ce document s'applique aux fils secs de filaments céramiques continus qui sont supposés se comporter librement et indépendamment sous charge et avoir un comportement linéaire élastique jusqu'à la rupture. Il ne faut pas confondre les résultats de cette méthode avec les résistances de fils imprégnés déterminées à l'aide de l'ISO 24046[1]. [1] En cours d?élaboration.

General Information

• Status: Published
• Publication Date: 09-Jun-2020
• ICS: 81.060.30 - Advanced ceramics
• Technical Committee: ISO/TC 206 - Fine ceramics
• Drafting Committee: ISO/TC 206/WG 4 - Composites
• Current Stage: 6060 - International Standard published
• Start Date: 10-Jun-2020
• Due Date: 02-May-2020
• Completion Date: 10-Jun-2020

Standards Content (Sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 22459
First edition
2020-06
Fine ceramics (advanced ceramics,
advanced technical ceramics) —
Reinforcement of ceramic composites
— Determination of distribution
of tensile strength and tensile
strain to failure of filaments within
a multifilament tow at ambient
temperature
Céramiques techniques — Renfort de céramiques composites —
Détermination de la distribution de la résistance en traction et de
la déformation à la rupture en traction de filaments dans un fil
multifilamentaire à température ambiante
Reference number
ISO 22459:2020(E)
ISO 2020
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 22459:2020(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
© ISO 2020

All rights reserved. Unless otherwise specified, or required in the context of its implementation, no part of this publication may

be reproduced or utilized otherwise in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting

on the internet or an intranet, without prior written permission. Permission can be requested from either ISO at the address

below or ISO’s member body in the country of the requester.
ISO copyright office
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CH-1214 Vernier, Geneva
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Published in Switzerland
ii © ISO 2020 – All rights reserved
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 22459:2020(E)
Contents Page

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

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

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

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

4 Principle ........................................................................................................................................................................................................................ 2

5 Significance and use .......................................................................................................................................................................................... 2

6 Apparatus ..................................................................................................................................................................................................................... 3

6.1 Tensile testing equipment ............................................................................................................................................................. 3

6.2 Data recording ......................................................................................................................................................................................... 4

7 Test specimen .......................................................................................................................................................................................................... 4

7.1 General ........................................................................................................................................................................................................... 4

7.2 Window type specimen ................................................................................................................................................................... 4

7.3 Cylindrical end type specimen .................................................................................................................................................. 5

8 Test specimen preparation ........................................................................................................................................................................ 5

8.1 General ........................................................................................................................................................................................................... 5

8.2 Window type specimen ................................................................................................................................................................... 6

8.3 Cylindrical end type specimen .................................................................................................................................................. 6

8.4 Number of test specimens ............................................................................................................................................................. 7

9 Test procedure ........................................................................................................................................................................................................ 7

9.1 Determination of the initial cross-section area .......................................................................................................... 7

9.2 Determination of the gauge length ........................................................................................................................................ 7

9.3 Gripping ........................................................................................................................................................................................................ 7

9.4 Selection of strain rate ...................................................................................................................................................................... 8

9.5 Test procedure ......................................................................................................................................................................................... 8

9.6 Determination of load train compliance ........................................................................................................................... 8

9.7 Test validity ................................................................................................................................................................................................ 8

10 Calculation of results ....................................................................................................................................................................................... 8

10.1 Calculation of the load train compliance C ................................................................................................................... 8

10.2 Calculation of probability of filament rupture P from the tests on specimens with

a gauge length of 200 mm ..........................................................................................................................................................10

10.2.1 Determination of the true origin .....................................................................................................................10

10.2.2 Construction of envelope curve and determination of instantaneous

compliance C .................. ......................................................................................................................... .....................10

t,j

10.2.3 Probability of filament rupture ........................................................................................................................11

10.3 Distribution of filament rupture strain ...........................................................................................................................12

10.3.1 Calculation of filament rupture strain ........................................................................................................12

10.3.2 Filament rupture strain distribution ...........................................................................................................12

10.4 Distribution of filament strength .........................................................................................................................................13

10.4.1 Initial cross-section area ........................................................................................................................................13

10.4.2 Calculation of filament strength ......................................................................................................................13

10.4.3 Filament strength distribution .........................................................................................................................13

10.4.4 Average filament strengths ..................................................................................................................................14

10.4.5 Mean filament strength ...........................................................................................................................................14

11 Test report ................................................................................................................................................................................................................14

Annex A (informative) Abstract of the handbook of mathematical functions ........................................................16

Bibliography .............................................................................................................................................................................................................................17

© ISO 2020 – All rights reserved iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 22459:2020(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 of 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 www .iso .org/

iso/ foreword .html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 206, Fine ceramics.

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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---------------------- Page: 4 ----------------------
INTERNATIONAL STANDARD ISO 22459:2020(E)
Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical
ceramics) — Reinforcement of ceramic composites —
Determination of distribution of tensile strength and
tensile strain to failure of filaments within a multifilament
tow at ambient temperature
1 Scope

This document specifies the conditions for the determination of the distribution of strength and

rupture strain of ceramic filaments within a multifilament tow at room temperature by performing a

tensile test on a multifilament tow.

This document applies to dry tows of continuous ceramic filaments that are assumed to act freely and

independently under loading and exhibit linear elastic behaviour up to failure. The outputs of this

method are not to be mixed up with the strengths of embedded tows determined by using ISO 24046 .

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 7500-1, Metallic materials — Calibration and verification of static uniaxial testing machines — Part 1:

Tension/compression testing machines — Calibration and verification of the force-measuring system

ISO 10119, Carbon fibre — Determination of density

EN 1007-2, Advanced technical ceramics — Ceramic composites — Methods of test for reinforcements —

Part 2: Determination of linear density
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions 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
gauge length
initial distance between two reference points on the tow

Note 1 to entry: Usually the gauge length is taken as the distance between the gripped ends of the tow.

3.2
initial cross-section area
cross-section area of the tow
1) Under preparation.
© ISO 2020 – All rights reserved 1
---------------------- Page: 5 ----------------------
ISO 22459:2020(E)
3.3
tow elongation
increase of the gauge length during the tensile test
3.4.1
total compliance

ratio of the measured displacement to the corresponding force during the tensile test

3.4.2
load train compliance

ratio of the load train elongation, excluding the specimen contribution, to the corresponding force

during the tensile test
3.5
strain
ratio of the tow elongation A to the gauge length L
3.6
filament rupture strain
r,j
strain at step j in the non-linear parts of the force-displacement curve
3.7
filament strength
r,j

ratio of the tensile force to the cross-section area of all unbroken filaments at step j in the non-linear

parts of the force-displacement curve
3.8
average filament strength

statistical average strength of the filaments in the tow for each test determined from the Weibull

strength distribution parameters of the filaments
3.9
mean filament strength
arithmetic mean of the average strengths
4 Principle

A multifilament tow is loaded in tension at a constant displacement rate up to rupture of all the filaments

in the tow. The force and displacement are measured and recorded. From the force-displacement curve

the two-parameter Weibull distribution of the rupture strain and of the strength of the filaments is

obtained by sampling the nonlinear parts of the curve at discrete intervals, j, which correspond to an

increasing number of failed filaments in the tow.
5 Significance and use

Because measurement of the displacement directly on the tow is difficult, it is usually obtained

indirectly via a compliance measurement which includes contributions of the loading train, the

grips and the tabbing materials. These contributions have to be corrected for in the analysis. When

it is possible to measure the tow elongation directly (by using a suitable extensometer system) this

2 © ISO 2020 – All rights reserved
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO 22459:2020(E)

correction is not needed. The calculation of the results in Clause 10 also applies in this case by setting

the load train compliance equal to zero.

The evaluation method is based on an analysis of the nonlinear domain of the force-displacement curve,

which is caused by progressive filament failure during the test. The size of this domain is promoted by

higher stiffness of the loading and gripping system. When the force-displacement curve does not show

this nonlinear domain, the evaluation method of this document cannot be applied.

The distribution of filament rupture strains does not depend on the initial number of filaments for those

tows that contain a large number of filaments; hence, it is not affected by the number of filaments which

are broken before the test, provided this number remains limited. The determination of the filament

strength distribution requires knowledge of the initial cross-sectional area of the tow. The variation in

filament diameters, which affects the strength values, is not accounted for.

The Weibull parameters determined by this test method and extrapolated to the respective gauge

length cannot be compared directly with those obtained from tensile tests on monofilaments according

[1]
to ISO 19630 because of variability in test conditions .
6 Apparatus
6.1 Tensile testing equipment

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

the displacement, or directly the tow elongation. The machine shall conform to grade 1 or better in

ISO 7500-1. The grips shall align the specimen with the direction of the force. Slipping of the specimen

in the grips shall be prevented.
[5][6]

NOTE The use of a displacement transducer placed at the ends of the grips (see Figure 1) or on the tow

[4][5][6]

itself will probably limit the contribution of different parts of the load train to the measured displacement,

and hence increase the accuracy.
© ISO 2020 – All rights reserved 3
---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO 22459:2020(E)
Key
1 displacement transducer
2 grip
3 test specimen
Figure 1 — Test setup (principle sketch)
6.2 Data recording

A calibrated recorder shall be used to record force-displacement curves. The use of a digital data

recording system is recommended.
7 Test specimen
7.1 General

Specimens with a gauge length of 200 mm shall be used to establish the filament strength and filament

rupture strain distributions. Specimens with gauge lengths of 100 mm and 300 mm shall be used to

determine the load train compliance. Examples of two types of test specimen are given below.

7.2 Window type specimen

A window type specimen is shown in Figure 2. A stretched tow is fixed between two identical plates

of material, each cont
...

FINAL
INTERNATIONAL ISO/FDIS
DRAFT
STANDARD 22459
ISO/TC 206
Fine ceramics (advanced ceramics,
Secretariat: JISC
advanced technical ceramics) —
Voting begins on:
2020­03­03 Reinforcement of ceramic composites
— Determination of distribution
Voting terminates on:
2020­04­28
of tensile strength and tensile
strain to failure of filaments within
a multifilament tow at ambient
temperature
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 SUPPOR TING
DOCUMENTATION.
IN ADDITION TO THEIR EVALUATION AS
Reference number
BEING ACCEPTABLE FOR INDUSTRIAL, TECHNO­
ISO/FDIS 22459:2020(E)
LOGICAL, COMMERCIAL AND USER PURPOSES,
DRAFT INTERNATIONAL STANDARDS MAY ON
OCCASION HAVE TO BE CONSIDERED IN THE
LIGHT OF THEIR POTENTIAL TO BECOME STAN­
DARDS TO WHICH REFERENCE MAY BE MADE IN
NATIONAL REGULATIONS. ISO 2020
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ISO/FDIS 22459:2020(E)
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© ISO 2020

All rights reserved. Unless otherwise specified, or required in the context of its implementation, no part of this publication may

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Published in Switzerland
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ISO/FDIS 22459:2020(E)
Contents Page

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

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

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

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

4 Principle ........................................................................................................................................................................................................................ 2

5 Significance and use .......................................................................................................................................................................................... 3

6 Apparatus ..................................................................................................................................................................................................................... 3

6.1 Tensile testing equipment ............................................................................................................................................................. 3

6.2 Data recording ......................................................................................................................................................................................... 4

7 Test specimen .......................................................................................................................................................................................................... 4

7.1 General ........................................................................................................................................................................................................... 4

7.2 Window type specimen ................................................................................................................................................................... 4

7.3 Cylindrical end type specimen .................................................................................................................................................. 5

8 Test specimen preparation ........................................................................................................................................................................ 5

8.1 General ........................................................................................................................................................................................................... 5

8.2 Window type specimen ................................................................................................................................................................... 6

8.3 Cylindrical end type specimen .................................................................................................................................................. 6

8.4 Number of test specimens ............................................................................................................................................................. 7

9 Test procedure ........................................................................................................................................................................................................ 7

9.1 Determination of the initial cross­section area .......................................................................................................... 7

9.2 Determination of the gauge length ........................................................................................................................................ 7

9.3 Gripping ........................................................................................................................................................................................................ 7

9.4 Selection of strain rate ...................................................................................................................................................................... 8

9.5 Test procedure ......................................................................................................................................................................................... 8

9.6 Determination of load train compliance ........................................................................................................................... 8

9.7 Test validity ................................................................................................................................................................................................ 8

10 Calculation of results ....................................................................................................................................................................................... 8

10.1 Calculation of the load train compliance C ................................................................................................................... 8

10.2 Calculation of probability of filament rupture P from the tests on specimens with

a gauge length of 200 mm ..........................................................................................................................................................10

10.2.1 Determination of the true origin .....................................................................................................................10

10.2.2 Construction of envelope curve and determination of instantaneous

compliance C .................. ......................................................................................................................... .....................10

t,j

10.2.3 Probability of filament rupture ........................................................................................................................11

10.3 Distribution of filament rupture strain ...........................................................................................................................12

10.3.1 Calculation of filament rupture strain ........................................................................................................12

10.3.2 Filament rupture strain distribution ...........................................................................................................12

10.4 Distribution of filament strength .........................................................................................................................................13

10.4.1 Initial cross­section area ........................................................................................................................................13

10.4.2 Calculation of filament strength ......................................................................................................................13

10.4.3 Filament strength distribution .........................................................................................................................13

10.4.4 Average filament strengths ..................................................................................................................................14

10.4.5 Mean filament strength ...........................................................................................................................................14

11 Test report ................................................................................................................................................................................................................14

Annex A (informative) Abstract of the handbook of mathematical functions ........................................................16

Bibliography .............................................................................................................................................................................................................................17

© ISO 2020 – All rights reserved iii
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ISO/FDIS 22459:2020(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 non­governmental, 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 of 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 www .iso .org/

iso/ foreword .html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 206, Fine ceramics.

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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FINAL DRAFT INTERNATIONAL STANDARD ISO/FDIS 22459:2020(E)
Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical
ceramics) — Reinforcement of ceramic composites —
Determination of distribution of tensile strength and
tensile strain to failure of filaments within a multifilament
tow at ambient temperature
1 Scope

This document specifies the conditions for the determination of the distribution of strength and

rupture strain of ceramic filaments within a multifilament tow at room temperature by performing a

tensile test on a multifilament tow.

This document applies to dry tows of continuous ceramic filaments that are assumed to act freely

and independently under loading and exhibit linear elastic behaviour up to failure. The outputs

of this method are not to be mixed up with the strengths of embedded tows determined by using

ISO/AWI 24046 .
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 7500­1, Metallic materials — Calibration and verification of static uniaxial testing machines — Part 1:

Tension/compression testing machines — Calibration and verification of the force-measuring system

ISO 10119, Carbon fibre — Determination of density

EN 1007­2, Advanced technical ceramics — Ceramic composites — Methods of test for reinforcements —

Part 2: Determination of linear density
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions 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
gauge length
initial distance between two reference points on the tow

Note 1 to entry: Usually the gauge length is taken as the distance between the gripped ends of the tow.

1) Under preparation. Stage at the time of publication: ISO/AWI 24046:—.
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ISO/FDIS 22459:2020(E)
3.2
initial cross-section area
cross­section area of the tow
3.3
tow elongation
increase of the gauge length during the tensile test
3.4.1
total compliance

ratio of the measured displacement to the corresponding force during the tensile test

3.4.2
load train compliance

ratio of the load train elongation, excluding the specimen contribution, to the corresponding force

during the tensile test
3.5
strain
ratio of the tow elongation A to the gauge length L
3.6
filament rupture strain
r,j
strain at step j in the non­linear parts of the force­displacement curve
3.7
filament strength
r,j

ratio of the tensile force to the cross-section area of all unbroken filaments at step j in the non-linear

parts of the force­displacement curve
3.8
average filament strength

statistical average strength of the filaments in the tow for each test determined from the Weibull

strength distribution parameters of the filaments
3.9
mean filament strength
arithmetic mean of the average strengths
4 Principle

A multifilament tow is loaded in tension at a constant displacement rate up to rupture of all the filaments

in the tow. The force and displacement are measured and recorded. From the force­displacement curve

the two-parameter Weibull distribution of the rupture strain and of the strength of the filaments is

obtained by sampling the nonlinear parts of the curve at discrete intervals, j, which correspond to an

increasing number of failed filaments in the tow.
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ISO/FDIS 22459:2020(E)
5 Significance and use

Because measurement of the displacement directly on the tow is difficult, it is usually obtained

indirectly via a compliance measurement which includes contributions of the loading train, the

grips and the tabbing materials. These contributions have to be corrected for in the analysis. When

it is possible to measure the tow elongation directly (by using a suitable extensometer system) this

correction is not needed. The calculation of the results in Clause 10 also applies in this case by setting

the load train compliance equal to zero.

The evaluation method is based on an analysis of the nonlinear domain of the force-displacement curve,

which is caused by progressive filament failure during the test. The size of this domain is promoted by

higher stiffness of the loading and gripping system. When the force-displacement curve does not show

this nonlinear domain, the evaluation method of this document cannot be applied.

The distribution of filament rupture strains does not depend on the initial number of filaments for those

tows that contain a large number of filaments; hence, it is not affected by the number of filaments which

are broken before the test, provided this number remains limited. The determination of the filament

strength distribution requires knowledge of the initial cross-sectional area of the tow. The variation in

filament diameters, which affects the strength values, is not accounted for.

The Weibull parameters determined by this test method and extrapolated to the respective gauge

length cannot be compared directly with those obtained from tensile tests on monofilaments according

[1]
to ISO 19630 because of variability in test conditions .
6 Apparatus
6.1 Tensile testing equipment

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

the displacement, or directly the tow elongation. The machine shall conform to grade 1 or better in

ISO 7500­1. The grips shall align the specimen with the direction of the force. Slipping of the specimen

in the grips shall be prevented.
[5][6]

NOTE The use of a displacement transducer placed at the ends of the grips (see Figure 1) or on the tow

[4][5][6]

itself will probably limit the contribution of different parts of the load train to the measured displacement,

and hence increase the accuracy.
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ISO/FDIS 22459:2020(E)
Key
1 displacement transducer
2 grip
3 test specimen
Figure 1 — Test setup (principle sketch)
6.2 Data recording

A calibrated recorder shall be used to record force­displacement curves. The use of a digital data

recording system is recommended.
7 Test specimen
7.1 General

Specimens with a gauge length of 200 mm shall be used to establish the filament strength and filament

rupture strain distributions. Specimens with gauge lengths of 100 mm and 300 mm shall be used to

determine the load train compliance. Examples of two types of test specimen are g

...

NORME ISO
INTERNATIONALE 22459
Première édition
2020-06
Céramiques techniques — Renfort
de céramiques composites —
Détermination de la distribution
de la résistance en traction et de
la déformation à la rupture en
traction de filaments dans un fil
multifilamentaire à température
ambiante
Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical ceramics) —
Reinforcement of ceramic composites — Determination of
distribution of tensile strength and tensile strain to failure of
filaments within a multifilament tow at ambient temperature
Numéro de référence
ISO 22459:2020(F)
ISO 2020
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ISO 22459:2020(F)
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ISO 22459:2020(F)
Sommaire Page

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

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

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

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

4 Principe .......................................................................................................................................................................................................................... 2

5 Signification et usage ....................................................................................................................................................................................... 3

6 Appareillage .............................................................................................................................................................................................................. 3

6.1 Équipement pour les essais de traction ............................................................................................................................ 3

6.2 Enregistrement des données ...................................................................................................................................................... 4

7 Éprouvette ................................................................................................................................................................................................................... 4

7.1 Généralités .................................................................................................................................................................................................. 4

7.2 Éprouvette de type à fenêtre ....................................................................................................................................................... 4

7.3 Éprouvette de type à extrémité cylindrique .................................................................................................................. 5

8 Préparation des éprouvettes ................................................................................................................................................................... 5

8.1 Généralités .................................................................................................................................................................................................. 5

8.2 Éprouvette de type à fenêtre ....................................................................................................................................................... 6

8.3 Éprouvette de type à extrémité cylindrique .................................................................................................................. 6

8.4 Nombre d’éprouvettes ...................................................................................................................................................................... 7

9 Mode opératoire d’essai................................................................................................................................................................................ 7

9.1 Détermination de l’aire de la section transversale initiale ............................................................................... 7

9.2 Détermination de la longueur de jauge ............................................................................................................................. 7

9.3 Prise en mors ............................................................................................................................................................................................ 7

9.4 Choix de la vitesse de déformation ........................................................................................................................................ 8

9.5 Mode opératoire d’essai .................................................................................................................................................................. 8

9.6 Détermination de la complaisance du dispositif d’application de l’effort ........................................... 8

9.7 Validité de l’essai ................................................................................................................................................................................... 9

10 Calcul des résultats ............................................................................................................................................................................................ 9

10.1 Calcul de la complaisance du dispositif d’application de l’effort C ............................................................

l 9
10.2 Calcul de la probabilité de rupture du filament P à partir des essais sur

des éprouvettes avec une longueur de jauge de 200 mm ...............................................................................11

10.2.1 Détermination de l’origine réelle ...................................................................................................................11

10.2.2 Construction de la courbe enveloppe et détermination de la complaisance

instantanée C ...............................................................................................................................................................11

t,j

10.2.3 Probabilité de rupture du filament ...............................................................................................................12

10.3 Distribution de la déformation à la rupture du filament .................................................................................12

10.3.1 Calcul de la déformation à la rupture du filament ...........................................................................12

10.3.2 Distribution de la déformation à la rupture du filament ...........................................................12

10.4 Distribution de la résistance du filament ......................................................................................................................13

10.4.1 Aire de la section transversale initiale .......................................................................................................13

10.4.2 Calcul de la résistance du filament ................................................................................................................13

10.4.3 Distribution de la résistance du filament ................................................................................................14

10.4.4 Résistance moyenne du filament ....................................................................................................................14

10.4.5 Moyenne de la résistance du filament ........................................................................................................15

11 Rapport d’essai ....................................................................................................................................................................................................15

Annexe A (informative) Extrait du manuel des fonctions mathématiques................................................................16

Bibliographie ...........................................................................................................................................................................................................................17

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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 www .iso .org/ avant -propos.

Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 206, Céramiques techniques.

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 22459:2020(F)
Céramiques techniques — Renfort de céramiques
composites — Détermination de la distribution de la
résistance en traction et de la déformation à la rupture
en traction de filaments dans un fil multifilamentaire à
température ambiante
1 Domaine d’application

Le présent document spécifie les conditions de détermination de la distribution de la résistance et

de la déformation à la rupture de filaments céramiques dans un fil multifilamentaire à température

ambiante, en réalisant un essai de traction sur un fil multifilamentaire.

Ce document s’applique aux fils secs de filaments céramiques continus qui sont supposés se comporter

librement et indépendamment sous charge et avoir un comportement linéaire élastique jusqu’à la

rupture. Il ne faut pas confondre les résultats de cette méthode avec les résistances de fils imprégnés

déterminées à l’aide de l’ISO 24046 .
2 Références normatives

Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils 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 7500-1, Matériaux métalliques — Étalonnage et vérification des machines pour essais statiques

uniaxiaux — Partie 1: Machines d'essai de traction/compression — Étalonnage et vérification du système

de mesure de force
ISO 10119, Fibre de carbone — Détermination de la masse volumique

EN 1007-2, Céramiques techniques avancées — Céramiques composites — Méthodes d’essai pour

renforcements — Partie 2: Détermination de la masse linéique
3 Termes et définitions

Pour les besoins du présent document, les termes et définitions 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
longueur de jauge
distance initiale entre deux points de référence sur le fil

Note 1 à l'article: Généralement, la longueur de jauge est considérée comme étant la distance entre les extrémités

du fil prises en mors.
1) En cours d’élaboration.
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3.2
aire de la section transversale initiale
aire de la section transversale du fil
3.3
allongement du fil
augmentation de la longueur de jauge pendant l’essai de traction
3.4.1
complaisance totale

rapport du déplacement mesuré à la force correspondante pendant l’essai de traction

3.4.2
complaisance du dispositif d’application de l’effort

rapport de l’allongement du dispositif d’application de l’effort, sans tenir compte de la contribution de

l’éprouvette, à la force correspondante pendant l’essai de traction
3.5
déformation
rapport de l’allongement du fil A à la longueur de jauge L
3.6
déformation à la rupture du filament
r,j

déformation à l’étape j dans les parties non linéaires de la courbe force/déplacement

3.7
résistance du filament
r,j

rapport de la force de traction à l’aire de la section transversale de tous les filaments non rompus à

l’étape j dans les parties non linéaires de la courbe force/déplacement
3.8
résistance moyenne du filament

résistance statistique moyenne des filaments dans le fil pour chaque essai, déterminée à partir des

paramètres de Weibull pour la distribution de la résistance des filaments
3.9
moyenne de la résistance du filament
moyenne arithmétique des résistances moyennes
4 Principe

Un fil multifilamentaire est sollicité en traction à une vitesse de déplacement constante jusqu’à la

rupture de tous les filaments composant le fil. La force et le déplacement sont mesurés et enregistrés. À

partir de la courbe force/déplacement, la distribution de Weibull à deux paramètres de la déformation

à la rupture et de la résistance des filaments est obtenue par échantillonnage des parties non linéaires

de la courbe à des intervalles j discrets qui correspondent à un nombre croissant de filaments rompus

dans le fil.
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5 Signification et usage

Étant donné qu’il est difficile de mesurer la déformation sur le fil, celle-ci est habituellement obtenue

indirectement par une mesure de complaisance qui inclut les contributions du dispositif d’application de

l’effort, des mors et des matériaux des talons. Ces contributions doivent être corrigées lors de l’analyse.

Lorsqu’il est possible de mesurer l’allongement du fil directement (à l’aide d’un extensomètre adapté),

cette correction n’est pas nécessaire. Le calcul des résultats à l’Article 10 s’applique aussi dans ce cas,

en fixant la complaisance du dispositif d’application de l’effort à zéro.

La méthode d’évaluation repose sur une analyse du domaine non linéaire de la courbe force/déplacement

qui est causé par la rupture progressive des filaments pendant l’essai. La taille de ce domaine augmente

lorsque la rigidité du système de chargement et de prise en mors augmente. Lorsque la courbe force/

déplacement ne présente pas ce domaine non linéaire, la méthode d’évaluation du présent document ne

peut pas être appliquée.

La distribution des déformations à la rupture du filament ne dépend pas du nombre initial de filaments

pour les fils qui contiennent un grand nombre de filaments; par conséquent, elle n’est pas affectée

par le nombre de filaments qui sont rompus avant l’essai, à condition que ce nombre reste limité. La

détermination de la distribution de la résistance des filaments nécessite de connaître l’aire de la section

transversale initiale du fil. La variation du diamètre des filaments, qui affecte les valeurs de résistance,

n’est pas prise en compte.

Il n’est pas possible de comparer directement les paramètres de Weibull déterminés au moyen de cette

méthode d’essai et extrapolés à la longueur de jauge respective avec ceux obtenus à partir d’essais de

[1]

traction sur des monofilaments selon l’ISO 19630 en raison de la variabilité des conditions d’essai .

6 Appareillage
6.1 Équipement pour les essais de traction

La machine d’essai doit être munie d’un système de mesure de la force appliquée à l’éprouvette et du

déplacement, ou directement de l’allongement du fil. La machine doit être au moins de classe 1 selon

l’ISO 7500-1. Les mors doivent maintenir l’éprouvette alignée avec la direction de l’effort. Il faut éviter

tout glissement de l’éprouvette dans les mors.
[5][6]

NOTE L’utilisation d’un capteur de déplacement placé aux extrémités des mors (voir la Figure 1) ou sur

[4][5][6]

le fil lui-même limitera probablement la contribution des différentes parties du dispositif d’application de

l’effort au déplacement mesuré, et donc augmentera la précision.
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Légende
1 capteur de déplacement
2 mors
3 éprouvette
Figure 1 — Montage d’essai (schéma de principe)
6.2 Enregistrement des données

Un enregistreur étalonné doit être utilisé pour enregistrer les courbes force/déplacement. L’utilisation

d’une chaîne d’acquisition de données numériques est recommandée.
7 Éprouvette
7.1 Généralités

Des éprouvettes ayant une longueur de jauge de 200 mm doivent être utilisées pour établir les

distributions de la résistance du filament et de la déformation à la rupture du filament. Des éprouvettes

ayant une longueur de jauge de 100 mm et 300 mm doivent être utilisées pour déterminer la

complaisance du dispositif d’application de l’effort. Des exemples de deux types d’éprouvettes sont

donnés ci-après.
7.2 Éprouvette de type à fenêtre

Une éprouvette de type à fenêtre est illustrée à la Figure 2. Un fil tendu est fixé entre deux feuilles de

matériau identiques comportant chacune une fenêtre centrale. Lorsque le déplacement n’est pas mesuré

directement sur le fil, la hauteur de la fenêtre définit la longueur de jauge.
NOTE Ce type d’éprouvette a l’avantage d’être facile à manipuler.
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Légende
1 feuilles
2 fil
3 colle
4 extrémité fixée
5 longueur de jauge
Figure 2 — Éprouvette de type à fenêtre (schéma de principe, vue latérale)
7.3 Éprouvette de type à extrémité cylindrique

Une éprouvette de type à extrémité cylindrique est illustrée à la Figure 3. Les deux extrémités d’un

fil tendu sont fixées dans des tubes cylindriques de petit diamètre, généralement en métal. Lorsque le

déplacement n’est pas mesuré directement sur le fil, la distance entre les tubes lorsque le fil est à l’état

tendu
...