Barre Hopkinson : Comment fonctionne-t-elle ?

La barre d’essai Hopkinson est une méthode d’essai éprouvée dans les essais des matériaux. À la différence des machines d'essai quasi-statiques, une barre Hopkinson permet de déterminer les propriétés des matériaux dans des conditions dynamiques. La méthode comportant l'utilisation d'une barre Hopkinson a eu l’immense joie de voir à augmenter sa popularité dans de nombreuses applications grâce à une technologie d'essai et de mesure toujours plus puissante.

Une barre Hopkinson est employée pour déterminer dynamiquement les constantes matérielles, par exemple le module de Young ou les contraintes mécaniques. Le module de Young est une constante matérielle qui est une mesure montrant de combien un composant est déformé quand une force lui est appliquée.

L'ingénieur britannique Bertram Hopkinson a proposé pour la première fois de telles mesures en 1914. L'installation utilisée aujourd'hui est basée sur une modification développée par Herbert Kolsky à Londres en 1949. Parfois, celle-ci s'appelle également Split Hopkinson Kolsky Bar.

L'échantillon de matériau est placé entre deux barres constituant l’ensemble Split Hopkinson Bar : la barre d'incident et la barre de transmission. Une autre barre dite de butée - par exemple un projectile accéléré par de l'air comprimé – frappe la barre d'incident causant une impulsion de choc.

Cette impulsion de choc parcourt la première barre. Une partie de l'impulsion est reflétée à l'extrémité de la barre, l'autre partie traverse l'échantillon de matériau pour aller dans la barre de transmission.

Les jauges de contrainte (SG) installées sur les surfaces de la barre d'incident et de la barre de transmission mesurent les contraintes provoquées par l'onde l’impulsion de choc. Les jauges de contrainte permettent de déterminer les amplitudes des impulsions de choc appliquées à la barre d'incident, à l'impulsion reflétée et à l'impulsion transmise.

Exigences des essais et mesures

Quand on utilise une barre de Hoplinson, quelles sont les conditions requises pour faire des essais ?

La réussite dans l’utilisation d'une barre de Hopkinson exige des jauges de contrainte installées sur les surfaces de la barre d'incident et de la barre de transmission et de plus, un système d’acquisition de données puissant. Cela est bien confirmé par les derniers résultats de recherche : d'une façon générale, la réponse en fréquence minmum de tous les composants dans le système d’acquisition de données devrait être de 100 kHz. (Cheng/Song, Split Hopkinson Bar, S. 9) ».

Le Genesis HighSpeed offert par HBM Test and Measurement est le système d’acquisition de données parfait pour un usage sur une barre de Hopkinson. En outre, HBM vous fournit les jauges de contrainte développées et produites « en interne » pour équiper la barre de Hopkinson.

Comment diffère-t-elle d'une machine d'essai statique ?

Quelle est la différence entre utiliser une barre de Hopkinson et une machine d'essai statique ?

Le module de Young est habituellement déterminé à partir d’une courbe effort-contrainte créée par une machine d'essai dans des conditions quasistatiques c.a.d avec de (très) petites vitesses de déformation. Cependant, le comportement du matériau peut différer sensiblement avec des charges dynamiques. En fonction des charges dynamiques, l’ingénieur d'études doit aussi bien connaître les propriétés dynamiques du matériau d’une structure.

Normalement une machine d'essai de matériaux simple ne peut pas appliquer les vitesses de déformation élevées exigées.

Video d'une barre de Hopkinson

Voir la vidéo: Taking a Split Hopkinson Bar measurement

An Introduction to Split-Hopkinson Bar Testing and Dynamic Strain Measurements

 

Où puis-je trouver plus d'informations ?

Une explication complète du fonctionnement et de l'utilisation d'une barre de Hopkinson est donnée dans le livre de référence de Weinong Chen, Bo Song: Split Hopkinson (Kolsky) Bar Design, Testing and Applications.

Lire les extraits du livre sur Google books.

Divers instituts de recherche dans le monde entier emploient une barre de Hopkinson, par exemple le Bundesanstalt für Materialprüfung de Berlin, en Allemagne. Ils proposent la détermination des propriétés matérielles en tant que prestation.


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