Processing dynamic split Hopkinson three-point bending test with normalized specimen of quasi-brittle material

Dépouillement d’un essai de flexion dynamique aux barres de Hopkinson sur un matériau quasi-fragile

¹ PRISME Laboratory, Loire Valley University, ENSI de Bourges, 88 boulevard Lahitolle, 18020 Bourges Cedex, France
² PRISME Laboratory, Loire Valley University, ENSI Bourges, INERIS Parc Technologique Alata, 60550 Verneuil en Halatte, France

^a Corresponding author: jean-luc.hanus@ensi-bourges.fr

Received: 10 February 2012
Accepted: 19 September 2012

Abstract

Evaluation of the dynamic properties of quasi-brittle materials is of the utmost importance for assessing the vulnerability of structural components under dynamic loadings such as collision or explosion. To investigate the dynamic strength of (quasi)-brittle material, three-point bending tests are performed on a modified Split Hopkinson Pressure Bar. Such an apparatus is often used with pre-cracked specimen to determine the dynamic stress intensity factor of metallic materials. With quasi-brittle materials special care has to be paid to the processing of the test since fracture can occur at very low strains. The specimen remains in an out-of equilibrium state and fracture occurs before the support reactions appear as if it was a support-free impact test. A special non-equilibrium analytical approach has been developed to process the tests. Finite-element simulations are used to assess relevance of the proposed analysis for normalized short beams. Experimental results on brick and concrete samples showing a significant dynamic strength increase are presented.

Résumé

Le dispositif des barres de Hopkinson constitue le standard pour évaluer les propriétés dynamiques de matériaux à de hautes vitesses de déformation. Son adaptation pour la réalisation d’essais de flexion permet d’étudier l’effet de la vitesse sur la résistance en traction de matériaux quasi-fragiles. Pour ces matériaux, la rupture apparaît pour de faibles déformations et avant atteinte d’un état d’équilibre dans l’échantillon. Une procédure d’analyse hors d’équilibre de l’essai a été développée. Des simulations numériques par éléments-finis permettent d’en évaluer la pertinence pour des échantillons peu élancés. Des résultats d’essais sur des échantillons de brique et de béton illustrent l’augmentation de résistance en traction avec la vitesse d’impact.