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expériences visant à caractériser les lois de comportement des matériaux De Wikipédia, l'encyclopédie libre
Pour les articles homonymes, voir essai (homonymie).
Les essais mécaniques sont des expériences dont le but est de caractériser les lois de comportement des matériaux (mécanique des milieux continus). La loi de comportement établit une relation entre les contraintes (pression=force/surface) et les déformations (allongement unitaire adimensionnel). Il ne faut pas confondre une déformation avec un déplacement ou une dilatation.
Cependant, la déformation d’une pièce dépend de la géométrie de la pièce et de la manière dont sont exercés les efforts extérieurs sur cette pièce. Il faut donc normaliser les essais. Des normes définissent donc :
Voir aussi Ductilité.
L'éprouvette est tenue en deux points (par une pince ou un crochet), reliés à des filins. L'éprouvette est alors étirée à vitesse constante, et on relève la force de traction nécessaire en fonction de l'allongement. Ces essais permettent de tracer une courbe dite de traction à partir de laquelle les caractéristiques suivantes peuvent être déduites :
Une variante moderne des essais de traction, apparue en Allemagne en 2013, consiste à utiliser la force centrifuge sur un assemblage pour générer une contrainte de traction. Lorsque la valeur limite de résistance à la traction (exprimée en MPa ou N) d'un assemblage ou d'un collage est égale à la force centrifuge appliquée, on génère la rupture de ceux-ci et enregistre la limite de rupture. L'avantage consiste à réaliser des tests en batterie sur plusieurs éprouvettes soumises à une contrainte strictement identique lors de l'essai[1].
Selon le matériau, la température et la vitesse de déformation, la courbe peut avoir différentes formes :
.
Dans cette expression, et sont respectivement les longueurs initiale et finale après rupture.
Dans cette expression, et sont respectivement les sections initiale et finale après rupture.
où et sont respectivement les diamètres initial et sous charge, et les longueurs initiale et sous charge. est défini dans le domaine élastique.
Les valeurs ci-dessus sont dénommées apparentes ou conventionnelles (en anglais engineering strain et engineering stress), car elles se réfèrent à la section initiale de l'éprouvette. Les valeurs dites vraies ou rationnelles (true strain et true stress) sont également calculées, basées sur les sections effectivement mesurées à l'allongement considéré. À partir de ces valeurs réelles, une courbe de traction dite rationnelle est tracée. Cette courbe met en évidence le phénomène d'écrouissage.
L'éprouvette est placée entre deux plateaux. L'essai consiste à compresser cette éprouvette souvent dans un but d'étude de la force de rupture. Si le matériau est ductile cette rupture n'aura pas lieu.
Dans le cas des roches, l'essai est normalisé[2] pour évaluer les performances des matériaux rocheux dans le cas d'étude d'ouvrages au rocher, pour la fourniture de matériaux d'enrochement ou pour l'exploitation de gisement de matériaux granulaires. Les éprouvettes d'élancement « 2 » sont soumises à une compression verticale en imposant un effort croissant sur l'éprouvette[3]. Les éprouvettes sont cylindriques.
La compression isostatique à chaud consiste à consolider des matériaux sous l’effet combiné des températures élevées et des hautes pressions. Ce procédé permet d’améliorer les propriétés mécaniques d’une pièce métallique (résistance au choc, tenue à la fatigue, ductilité)[4].
L'essai de cisaillement consiste à appliquer à une éprouvette deux efforts opposés dans un plan de section droite[5].
Par définition, un système est soumis à cisaillement lorsque les contraintes prépondérantes sont dues à l'effort tranchant.
L'essai de flexion est l'application d'un effort sur une poutre pour mesurer la résistance à la rupture d'un matériau. On distingue deux types de flexion: la flexion trois points et la flexion quatre points[6].
La résistance à la flexion d'un matériau, sous forme de poutre principalement, peut être mesurée par une machine sous différents types de mises en charge. Les mesures des déformations et des contraintes sont réalisées à partir de jauges d'extensométrie et affichées sur un banc de mesure.
L'essai de torsion consiste à solliciter une poutre à deux couples de moments opposés agissant dans des plans parallèles à l’axe de la poutre[7].
L'essai de résilience est un complément à l'essai de traction. Il s'agit de rompre en un seul coup une éprouvette entaillée afin de mesurer l'énergie nécessaire pour effectuer cette rupture. Cet essai est réalisé sur un mouton-pendule (exemple : mouton-pendule Charpy).
L'essai de fatigue consiste à appliquer sur une pièce une charge variable alternée (la moyenne des contraintes appliquées est nulle) ou répétée (la moyenne des contraintes appliquées est non nulle). Il va essayer de reproduire au mieux les conditions d'exploitation de la pièce.
Les ruptures par fatigue sont associées essentiellement au nombre total d'applications d'une charge et non au temps de service ou à l'âge de la pièce. La rupture par fatigue ne donne aucun signe préalable avant de casser, c'est pourquoi elle peut très souvent surprendre l'expérimentateur.
L'essai d'indentation consiste à appliquer une charge, dans des conditions déterminées, à la surface du matériau, à l'aide d'un indenteur ou pénétrateur. Après l'essai, le matériau s'étant déformé, on observe une empreinte que l'on peut mesurer. Les conditions d'essais : géométrie de l'indenteur, force, durée, caractérisent l'essai.
Jean Perdijon, Matériaux sous surveillance, Cachan, Editions Lavoisier, 2021.
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