Byron Saari, ingénieur en recherche et développement chez MTS, est un expert en caractérisation des matériaux et détient plusieurs brevets dans ce domaine. Dans cette interview, Byron Saari aborde l’analyse mécanique dynamique, ou DMA, qui est une capacité vitale pour toute équipe de recherche qui s’intéresse aux élastomères, aux polymères et aux alliages à mémoire de forme.
Q : Qu’est-ce que l’analyse mécanique dynamique ?
R : L’analyse mécanique dynamique (DMA) est une technique de caractérisation dynamique qui mesure la contrainte en fonction de la déformation, ou la force en fonction du déplacement. Elle consiste à appliquer une déformation sinusoïdale au matériau et à mesurer la contrainte qui en découle. Généralement, la DMA implique également de faire varier la fréquence de la déformation et/ou la température de l’éprouvette, ce qui est également connu sous le nom d’analyse thermomécanique dynamique (DMTA).
Q : Quel est le rôle de la DMA dans le développement des matériaux élastomères ?
R : La DMA est très utile pour caractériser les propriétés et les comportements des élastomères, des polymères et des alliages à mémoire de forme. Ces matériaux présentent tous un amortissement et peuvent être utilisés dans des applications nécessitant un fonctionnement à des fréquences élevées. La DMA donne aux chercheurs les outils nécessaires pour étudier de manière très détaillée les effets d’amortissement. Elle permet aux chercheurs de calculer le module complexe, le module de conservation, le module de perte et la tangente delta d’un matériau. La DMA est notamment utilisée dans le développement de nouveaux matériaux permettant de fabriquer des composants plus légers tout en conservant des performances élevées, ce qui est important dans un certain nombre d’industries.
Q : Pouvez-vous décrire certains des défis que pose la DMA ?
R : Il est très difficile de mesurer avec précision le mouvement et la force à des fréquences élevées. La capacité à mesurer avec précision le retard de phase entre le déplacement appliqué et la force qui en découle à ces fréquences est un aspect essentiel de la DMA. Le retard de phase est essentiel, car il permet de différencier les matériaux purement élastiques des matériaux purement visqueux. Les élastomères, les polymères et les alliages à mémoire de forme présentent tous des propriétés viscoélastiques et se situent donc quelque part entre ces deux types de matériaux.
Q : Comment MTS aide-t-elle les chercheurs à relever ce défi ?
R : Le progiciel MTS DMA permet de garantir une mesure précise de la phase grâce à des techniques spécialisées de correction dynamique. Cela implique de mesurer les caractéristiques de phase des capteurs de force et de mouvement et de l’électronique de conditionnement et d’appliquer des calculs exclusifs pour corriger ces effets. Ce progiciel peut corriger les caractéristiques de réponse dynamique en amplitude et en phase. Il représente plus de 30 ans d’expertise interne dans les essais de matériaux et la caractérisation dynamique dans de nombreuses applications et industries différentes.
Q : Quels systèmes offrent cette capacité de DMA ?
R : MTS propose une gamme complète de systèmes d’essais dynamiques adaptés à la DMA, avec une capacité de force allant de 250 kN à 1,25 kN et une résolution jusqu’à 0,01 N. Pour les applications à force et à fréquence plus élevées, le package DMA est disponible avec un grand nombre de nos systèmes d’essais servohydrauliques, y compris ceux spécialement conçus pour les essais d’élastomères. Les systèmes d’essais MTS Acumen®, qui sont des systèmes d’essais électrodynamiques capables d’effectuer une large gamme d’essais dynamiques et statiques de haute fidélité, sont également bien adaptés aux essais DMA. Des chambres sont disponibles en option lorsque cela est nécessaire pour l’analyse thermomécanique dynamique (DMTA).
Q : N’est-il pas plus courant d’utiliser un système d’essais DMA dédié ?
R : C’était le cas dans le passé, oui. Mais de nombreux chercheurs, en particulier dans les universités, sont aujourd’hui soumis à une forte pression pour faire plus avec moins. Ils n’ont pas toujours le budget nécessaire pour acquérir un système d’essais pour chaque type d’essai. Avec le système d’essais MTS Acumen, les chercheurs peuvent effectuer des essais DMA et bien d’autres essais en utilisant un seul système. Qui plus est, le système d’essais MTS Acumen est conçu pour mesurer des forces plus faibles et de très petits déplacements grâce à ses capteurs de force de précision, sa configuration à haute rigidité et son encodeur numérique haute résolution.
Q : Pourquoi la plage dynamique du système est-elle importante ?
R : L’une des caractéristiques importantes que les chercheurs doivent souvent déterminer est la température de transition vitreuse du matériau, c’est-à-dire le moment où il passe d’une qualité dure, « vitreuse », à une qualité plus souple, « caoutchouteuse ». L’essai consiste généralement à mesurer le matériau dans son état vitreux, à augmenter la température de manière contrôlée et à prendre des mesures fréquentes au fur et à mesure que le matériau passe à l’état caoutchouteux. Au moment de cette transition, le module de contrainte/déformation peut varier selon un facteur de 1 000. Pour le mesurer avec précision, vous avez besoin de capteurs de déplacement et de force hautement dynamiques et d’un système de commanderobuste.
Q : Quelles autres capacités de DMA le logiciel offre-t-il ?
R : Le logiciel MTS DMA peut effectuer une superposition temps-température, ou TTS, selon le modèle WLF (Williams-Landel-Ferry). Ce modèle permet aux chercheurs en matériaux de générer des courbes maîtresses, qui sont utilisées pour extrapoler le comportement du matériau à des fréquences plus élevées grâce à des essais à des températures plus basses.
Q : Dans quelles industries le logiciel DMA sera-t-il le plus utile ?
R : Il n’y a vraiment aucune limite à son application, car il est essentiel pour caractériser tout matériau présentant un amortissement. Les applications seront évidentes dans les composants automobiles, les biomatériaux et le génie civil. Mais ce qui est passionnant dans la recherche sur les matériaux, c’est sa diversité. Grâce à la gamme de systèmes que nous proposons, MTS est parfaitement capable d’aider les chercheurs en matériaux à développer une solution complète de DMA pour pratiquement tous les besoins.
