Încercarea Iosipescu

1. Introducere

Stabilirea proprietăţilor de forfecare ale materialelor compozite este o problemă dificilă, mai ales pentru materialele puternic anizotrope, aşa cum sunt cele armate cu fibre lungi, aşezate pe o singură direcţie. Din acest motiv, nu există încă o metodă de încercare general acceptată şi universal valabilă, deşi au fost dezvoltate multe variante ale testelor de forfecare. Totuşi, se poate aprecia că încercarea de tip Iosipescu este utilizată pe o scară tot mai largă, ea fiind de altfel şi standardizată pentru a fi aplicată materialelor compozite. În lucrarea de faţă este prezentat modul în care se efectuează acest test pentru stabilirea modulului de forfecare al unui compozit unidirecţional.

Ca rezultat al extinderii aplicării ei, au fost evidenţiate anumite deficienţe ale metodei, precum şi mijloace de corectare a lor. Pentru creşterea acurateţei rezultatelor s-a încercat folosirea unor coeficienţi de corecţie, care să ia în considerare neuniformitatea stării de tensiuni în secţiunea de mijloc a epruvetei. Materialele izotrope pot servi drept test pentru validarea metodei de încercare, deoarece modulul lor de elasticitate G poate fi calculat pe baza unor caracteristici (E si ν-coeficientul lui Poisson) determinate prin încercarea la tractiune.

In 1991, pentru a creşte corectitudinea rezultatelor la încercarea pe epruvete Iosipescu (dar şi pe alte tipuri de probe cu crestătură), P.G.Ifju a proiectat două noi forme de traductoare tensometrice. Acestea au grilele orientate la ±45º şi se întind pe toată distanţa dintre vârfurile crestăturilor, ceea ce conduce la înregistrarea directă a valorii medii ale deformaţiilor specifice pe întreaga înălţime a secţiunii de lucru.

Fig. 1. TER pentru evaluarea forfecării; configuraţia bilaterală (stânga); configuraţia suprapusă (dreapta).

Modulul G, care este factorul de dependenţă între tensiunile de forfecare şi lunecările specifice, se obţine prin raportarea valorii medii a tensiunii (forţa aplicată împărţită la aria secţiunii transversale a epruvetei – în dreptul crestăturii) la media lunecărilor specifice (obţinută prin efectul de integrare produs de marca tensometrică).

Prin plasarea unor traductoare tensometrice de acest fel (numite “mărci de forfecare” – “Shear gage”) pe ambele feţe ale epruvetei se elimină efectele răsucirii probei, prin medierea valorilor obţinute pe cele doua feţe. În plus, determinările sunt precise şi reproductibile, fără a fi nevoie (faţă de cazul folosirii coeficienţilor de corecţie) de cunoaşterea prealabilă a altor proprietăţi ale materialului, a distribuţiei tensiunilor sau deformaţiilor specifice.

2. Aspecte teoretice

Gândită de autor pentru realizarea unei încercări de forfecare pură asupra metalelor, metoda Iosipescu a fost (începând de la jumătatea anilor ’80) adaptată pentru a fi aplicată materialelor anizotrope. Au fost dezvoltate mai multe variante de dispozitive, precum şi rozete tensometrice speciale pentru creşterea preciziei rezultatelor acestui test.

Un stand pentru efectuarea încercării Iosipescu (în condiţiile stabilite prin standardul ASTM-D-5379 şi cu folosirea rozetelor tensometrice de forfecare) a fost realizat şi la Catedra de Rezistenţa Materialelor de la Facultatea de Mecanică din Iaşi, iar determinările experimentale au condus la rezultate validate prin cercetări desfăşurate pe parcursul mai multor ani.

Epruveta are formă prismatică şi este prevăzută, în secţiunea de forfecare, cu două crestături transversale, de forma literei V [fig. 3]. Ea este solicitată după o schemă de încărcare antisimetrică, astfel încât în secţiunea de lucru să apară o stare de forfecare pură.

Pentru a creşte corectitudinea rezultatelor încercării, măsurarea deformaţiilor specifice se face cu rozete de mărci tensometrice de construcţie specială [fig. 4], aplicate pe ambele feţe ale epruvetei, pe axa ei de simetrie longitudinală, în dreptul secţiunii de forfecare.