FO-QU-01-11 du 22/01/2015

11/06/2015

MORISSET Médéric, Technicien, P’ ENSMA

APPLICATIONS :

Essais mécaniques quasi-statiques sur matériaux polymère, composite et

métallique dans la gamme de température (-60 ; +200°C)

Caractérisation mécanique des matériaux en traction et fluage

Validation des modèles de comportement à long terme sous sollicitation quasi-

statique dans les conditions de température d’usage

Comportement et durabilité :

Caractérisation des propriétés mécaniques en traction et fluage de matériaux polymère

Effet du vieillissement sur les matériaux polymère et composite

Equivalence temps-température sur matériaux polymères

CRP, Tenue résiduelle post endommagement

…

Instron 1195

Capacité max. en charge : ± 100 KN

Cellules de force : ± 0,5/5/50/100 KN

Capacité en course :

870 mm

Environnement :

Air ; 20 à 120 °C

Spécificité :

Enceinte permettant un accès visuel des 2

faces de l’éprouvette

Instron 4505

Capacité max. en charge : ± 100 KN

Cellules de force : ± 0,5/100 KN

Capacité en course :

1120 mm

Environnement :

Air-humidité contrôlée ; -60 à 200°C

Spécificité :

Enceinte avec accès visuel

Machines de Traction

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Image CEA

Etude de sollicitations multiaxiales sur la durée de vie des

alliages métalliques et des matériaux polymères

APPLICATIONS :

Essais mécaniques de fatigue à grand nombre de cycles (qq. millions) sur

alliages métalliques et matériaux polymères. Validation de modèles de prédiction de durée de vie dans des conditions de

sollicitations multiaxiales en phase ou hors phase couvrant le domaine de

l’endurance sous chargement variable

Validation de modèles de nocivité de défauts sous sollicitations multiaxiales

sur la durée de vie

Réalisation d’essais sous sollicitations multiaxiales d’alliages métalliques ou de

matériaux polymères

Alliages métalliques : Acier, Fonte, Titane, Aluminium

Polymères chargés (thermoplastiques fibres courtes)

Machine d’essais Traction - Torsion

Chaque équipement possède deux vérins hydrauliques dissociés qui autorisent :

• Des mouvements de translation et de rotation

• Des mouvements simultanés ou déphasés

• Fréquence < 10Hz

Equipement Instron 1343 Instron 8874

Capacité Max en charge (kN) 100 25

Capacité Max en couple

(kN.m)2 0,1

Déplacement Max (mm) +/- 50 +/- 125

Angle Max (°) +/- 45 +/- 135

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EQUIPEX GAP

GAP

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Banc d’essai mécanique multiaxial

Très forte capacité

Environnement contrôlé

APPLICATIONS :

Essais mécaniques multiaxiaux statiques et cycliques sur structures de grande

dimensions et sous très forte charge

Validation des modèles de comportement par confrontation à des situations

complexes(Chargements complexes : multiaxial, hors phase et variable) et

proches de l’usage (température, pression)

Comportement et durabilité :

Aubes fan en composite

Réservoirs bobinés (stockage Hydrogène)

Aubes de turbine en super alliage

Structures avec défauts d’élaboration – critères de fatigue

Conduites (tuyaux) composites et polymères

Eléments de voilure

Logiciel de Pilotage : Test and Motion (DOLI)

Dimensions limites des structures à tester : 2065 mm de

hauteur(distance maximum entre les deux platines de

fixation)

Traction-compression

Torsion

Pression interne en eau sur structure

Accumulateurs de transfert

Multiplicateurs de pression

Statique ±1200 kN ±50 kN.m 300 bars 1200 bars

Cyclique60 mm à 0,5Hz 20°à 0,5Hz 280 bars à 0,8Hz 1160 bars à 0,3Hz

2 mm à 10Hz 1°à 10Hz 10 bars à 20Hz 22 bars à 20Hz

ENDOMAT Macro

CRUZ Maxime IE P’- ENSMA

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BENOIT Guillaume, IE, P’ ENSMA

EQUIPEMENTS EXPERIMENTAUX :

Les essais de fissuration visent à déterminer les conditions de propagation d’une fissure.

Ces essais peuvent être mener dans différents environnements afin d’en étudier

l’influence (sous air, sous pression de gaz, sous vide, à différentes températures)

Fissuration sous air

Essais de fissuration

La courbe de fissuration issue de

ces essais représente la vitesse de

fissuration en fonction du facteur

d’intensité de contrainte

Fissuration sous vide et ultravide

Caractéristiques :

Températures -50 à 1300°CVide de10-7 mbar

Charge +/-50kN

Instrumentation :

Suivi optique avec loupe binoculaire

Suivi électrique par DDP

Jauge de déformation

Caractéristiques :

Température max 1000°CCharge +/-100kN

Fissuration sous pression de gaz

Caractéristiques :

400bar H2, CO2 ou N2

Température max 350°CCharge +/- 25kN

10-9

10-8

10-7

10-6

10-5

10-4

4 5 6 7 8 9 10 20 30 40

15-5 PHR=0.7

20Hz, room temperature

air LT

air TL

H2 0.09 MPa

H2 9MPa

da

/dN

(m

/cy

cle

)

K (MPa x m1/2

)

Fluage

Bancs d’essais mécaniques de fluage à hautes températures

APPLICATIONS :

Ensemble de moyens d’essais permettant de caractériser le comportement et la durée

de vie de matériaux en fluage (traction) à hautes températures

Comportement mécanique en fluage isotherme et anisotherme

de superalliages base nickel, d’aciers, de phase MAX (Ti3AlC2)

etc…

Comportement mécanique en fluage isotherme sur éprouvettes

à concentrateurs de contraintes

Comportement de superalliage base nickel monocristallin en

condition de sur-température

Identification et validation de modèles de comportement en

fluage

Charge max (kN)

Type de fourTempérature

max. (°C)

Mesure

de forceMesure de déformation

Adamel 1 et 2 20 Résistances 1000 Non LVDT

Setra 37 5 Résistances 1350 Non LVDT LASER

Setra 39 5 Lampes 1350 Non LVDT

Setra 35 5 Lampes 1350 Oui

Micromètre optique

+ LVDT Laser + Vidéo

extensométrie

SETRA 35ADAMEL 2 SETRA 37

Florent MAUGET IE P’- ENSMA, Florence HAMON IE P’- CNRSFO-QU-01-11 du 22/01/2015

11/06/2015

FO-QU-01-11 du 22/01/2015

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MAUGET Florent, IE P’ ENSMA

Banc de fatigue thermomécanique hautes températures

APPLICATIONS :

Essais mécaniques à très hautes températures (fluage, fatigue oligocyclique, fatigue

thermomécanique) sous atmosphère de gaz brûlés et sous gradients thermiques

Etude du comportement de superalliages base

Nickel en conditions représentatives des

conditions d’utilisation turboréacteur

MAATRE

Etude des modes d’endommagement des barrières

thermiques aéronautiques en fatigue thermomécanique

et sous gradient de température

Validation de lois de comportements mécaniques en

condition de service

Fatigue des alliages métalliques

APPLICATIONS AU DPMM :

Boucle d’hystérésis (contrainte-déformation)

Ecrouissage cyclique (loi de puissance)

Courbe de Wöhler (courbe de durcissement ou d’adoucissement cyclique)

Identification des phases d’endommagement (accommodation, stabilisation,

propagation, rupture)

• Lignes refroidies

• Amarrages filetés pour monter les éprouvettes avec écrous, contre-écrous et entretoises

• Mesure de déformation :

Lvdt déportés Extensomètres résistifs

Machines Oligo-cycliques

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GORGE Anne-Laure IE P’- ENSMA, HAMON Florence IE P’- CNRS

Pilotage en contrainte imposée

Pilotage en déformation imposée (totale

ou plastique)

Signal triangle/sinusoïdale/trapèze

Fréquence quelques Hz

Equipements

Instron1362 A 1362 B 8562 8862

Charge max

(statique)100kN 100kN 200kN 200kN

Dynamique ±50kN ±50kN ±100kN ±100kN

Déplacement vérin ±50mm ±50mm ±50mm ±50mm

Environnement

(température et

vide)

Four

lampes

1600°C

Four résistif

650°C

10-6 mbar

Four résistif

1600°C

Four

lampes

1600°C

4 machines de fatigue électromécanique : faible nombre de cycles

(jusqu’à 105 cycles), plastification macroscopique

Matériaux étudiés : acier, alliages titane, superalliages base nickel, Fer pur…

Caractérisation des mécanismes d’endommagement : comportement

cyclique, durabilité des matériaux

Optimisation de microstructures

Dimensionnement de pièces

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11/06/2015

BERTHEAU Denis, IR CNRS

Image CEA

Endurance des alliages métalliques - Influence des défauts

APPLICATIONS :

Essais mécaniques de fatigue à grand nombre de cycles sur alliages métalliques.

Validation de modèles de prédiction de durée de vie en prenant en compte

l’influence du type de sollicitations

Validation de modèles de nocivité de défauts sous sollicitations variées sur la durée de

vie (traction, torsion, flexion 3 points/4 points)

Réalisation de courbes de Wöhler d’alliages métalliques

Alliages de fonderie : Fonte haute résistance, Titane, Aluminium, Superalliage

base Nickel

Alliages SPS : TiAl

Alliage corroyés : Acier

Vibrophore

Fréquence de sollicitation (liée la rigidité des éprouvettes) entre 80-200Hz

durée de vie comprise entre 106 et 107 cycles

Equipement 2 HFP 421 10 HFP 422 20 HFP 5100

Capacité Max en

charge (kN)20 100 20

Statique (kN) 20 100 20

Dynamique (kN) 10 50 10

Type de sollicitation Traction/Compression ou Torsion ou Flexion Traction/Compression

Environnement (*) Four résistif 1200°C Four résistif 1000°C X

(*) Seuls les essais de traction/Compression sont réalisables en température

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Plateforme d’essais mécaniques sous pression de H2 et de CO2

APPLICATIONS :

Essais de traction, fatigue, fissuration sur matériaux métalliques et polymères

• ENERGIE SUBSTITUTIVE : HYDROGENEStockage : innovation : nouveaux réservoirs composites / liner

Endommagement des interfaces composites-liner sous contrainte (cloquage à l’interface)

Transport : pipe-line acier (300-400bar), fragilisation par l’hydrogène (propagation de fissures)

Distribution : réseau de distribution polymère (30bar), tenue long-terme sous pression d’hydrogène

- des structures actuelles pour le gaz naturel

- innovation : nouveaux tubes fonctionnels

• TRANSPORT ET STOCKAGE DU CO2Tenue sous pression de CO2 et fiabilité de joints d’étanchéité élastomère

• FIABILITE DES INSTALLATIONS PETROLEDurabilité des pipe-lines : fragilisation par l’hydrogène de la paroi métallique (fissuration)

HYCOMAT

Traction-compression ±20 kN

Pression max 400 bar

Température max 150°C

11/06/2015

Site du Centre d’Etudes Aérodynamiques et Thermiques de Poitiers - Biard station extérieure de compression et alimentation

en azote, hydrogène et dioxyde de carbone

pilotage déporté de la machine d’essai

(système vidéo pour la visualisation)

intérieur de l’enceinte pressuriséeéprouvette de traction en polyéthylène

PROGRAMME H2E

PROGRAMME ANR PAN-H

Coût : 590 k€ TTC

PROGRAMMEANR COLLINE