L'essai de cisaillement simple a fait l'objet de nombreuses études au cours des dernières décennies (e.g. [1-3]). La raison principale est qu'il peut être facilement réalisé sur une machine de traction classique en utilisant un dispositif approprié. L'essai de cisaillement présente plusieurs avantages : les échantillons de cisaillement et de traction peuvent être usinés à partir de la même tôle, il permet d'effectuer des déformations cycliques et la forme plane des éprouvettes est particulièrement appropriée pour étudier l'influence de différents traitements thermomécaniques tels que le laminage à froid et / ou le recuit sur les propriétés résultantes. Il n'y a pas d'artefacts dus à la dilatation thermique, ce qui est un point important pour de nombreux matériaux pour lesquels la température joue un rôle essentiel dans leur comportement. Enfin, la déformation peut être considérée avec une bonne approximation comme homogène dans la zone cisaillée. Un autre avantage est que les tests de traction et de cisaillement homogènes sont complémentaires : l'état de déformation ne concerne que les composantes diagonales du tenseur de déformation en traction alors que le cisaillement simple fait intervenir principalement les composantes non diagonales. Les deux essais sont aussi régulièrement utilisés pour mesurer l'anisotropie planaire ce qui permet d'obtenir des points différents pour l'identification des critères de plasticité. Enfin, pour certains matériaux, l'essai de cisaillement permet d'atteindre de très grandes déformations plastiques équivalentes et la possibilité de réaliser des essais cycliques permet de caractériser l'écrouissage cinématique, ce qui est difficile à obtenir en traction-compression par exemple. L'essai de cisaillement présente également plusieurs inconvénients. Par exemple, la mesure de la déformation locale est difficile en raison de l'étroitesse de la zone cisaillée. De même, le rapport entre la longueur, la largeur et l'épaisseur de la zone cisaillée doit être déterminé pour chaque matériau afin d'obtenir un état de déformation homogène et d'éviter le flambement de la zone utile. Enfin, le choix d'une largeur fixe génère des contraintes de traction dans le plan de la tôle qui ont tendance à perturber l'homogénéité de l'essai près des bords libres.

Ces travaux présentent l'évolution de la caractérisation en cisaillement au cours des années et son utilisation pour la caractérisation des lois de comportement élastoplastiques anisotropes pour les tôles métalliques. Des premiers essais et simulations numériques réalisés en 1989 [4] , au développement de plusieurs générations de machines de cisaillement [5,6], à l'utilisation des mesures de champ pour la mesure des déformations en passant par la caractérisation de l'effet Portevin Le Châtelier et à celle des tôles ultrafines pour l'identification de modèles de plasticité cristalline, ces travaux analysent des essais réalisés sur plusieurs matériaux (aciers, alliages d'aluminium, alliages de cuivre) et montrent que cet essai est particulièrement adapté à la caractérisation de loi de comportement élastoplastiques très variées [7].

References:
[1] Wack B, Tourabi A, Journal of Materials Science 28 (1993) 4735–4743

[2] Manach PY, Favier D, Materials Science and Engineering A 222 (1997) 45–57

[3] Yoon JW, Barlat F, Gracio JJ, Rauch E, International Journal of Plasticity 21 (2005) 2426–2447 

[4] Manach PY, Analyse par simulations numériques des non-homogénéités au cours d'essais mécaniques, Master's Thesis, Grenoble France (1989)

[5] Manach PY, Couty N, Computational Mechanics 28 (2002) 17–25

[6] Thuillier S, Manach PY, International Journal of Plasticity 25 (2009) 733–751

[7] Yin Q, Zillmann B, Suttner S, Gerstein G, Biasutti M, Tekkaya AE, Wagner M, Merklein M, Schaper M, Halle T, Brosius A, International Journal of Solids and Structures 51 (2014) 1066–1074