Measurements of high strain rate properties of polymers using an expanding ring method

Résumé
Trois polymères d'application ingénieur (HDPE, UHMWPE, et Nylatron GS) ont été étudiés à très grande vitesse de déformation (excédant 10⁴/s). On utilisait une technique d'anneau dilaté, qui nécessite le placement d'un fin anneau de polymère, comme bague glissante autour d'un cylindre/creux ayant les murs épais. Un chargement par onde engendré par un fil explosif, abouti au pulse de pression qui s'exerce sur le mur interne du cylindre. Ce pulse se propage à travers le mur du cylindre et est transféré partiellement dans l'anneau. L'anneau se déplace à une grande vitesse du cylindre presque instantanément et en conséquence décélère sous une tension quasiment uniaxiale dû à la contrainte circonférentielle. L'anneau a été photographié avec un appareil de grande vitesse (des cadres de 10⁵ à 10⁶/s) et on a pris des mesures duquels les vrais propriétés de déformation et de contrainte étaient déterminés. On a comparé les résultats obtenus du barre d'Hopkinson, en conditions quasistatiques avec les expériences de l'anneau dilaté.

Abstract
Three engineering polymers (HDPE, UHMWPE, and Nylatron GS) have been studied at very high tensile strain rates (above 10⁴/s) using an expanding ring technique, which involves placing a thin ring of polymer as a sliding fit around a hollow thick-walled cylinder. A blast wave generated by an exploding wire results in a pressure pulse acting on the internal wall of the cylinder. This pulse propagates through the cylinder wall and is partially transferred into the ring. The ring moves virtually instantaneously at a high velocity away from the cylinder and then decelerates under almost uniaxial tension as a result of the hoop stress. Measurements were made by photographing the ring using a high speed camera at 10⁵ to 10⁶ frames/s, from which the true stress-strain properties were determined. Comparisons have been made between results obtained from quasi static, split Hopkinson pressure bar, and expanding ring experiments.