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propriété physique qui mesure la rigidité d’un matériau élastique De Wikipédia, l'encyclopédie libre
Un module d'élasticité (ou module élastique ou module de conservation) est une grandeur intrinsèque d'un matériau, définie par le rapport d'une contrainte à la déformation élastique provoquée par cette contrainte. Les déformations étant sans dimension, les modules d'élasticité sont homogènes à une pression et leur unité SI est donc le pascal ; en pratique on utilise plutôt un multiple, le MPa ou le GPa. On utilise également le giganewton par mètre carré (GN/m²) et dans le système d'unités impériales, le ksi[1].
Unités SI | pascal (MPa, GPa) |
---|---|
Dimension | M·L −1·T −2 |
Nature | Grandeur tensorielle intensive |
Symbole usuel | Suivant le module considéré : E, G, K, λ, ν, M, P-wave modulus |
Le comportement élastique d'un matériau homogène isotrope et linéaire est caractérisé par deux modules (ou constantes) d'élasticité indépendants. Le tableau nommé « Formules de conversion » en bas de page indique les relations des paires de modules d'élasticité, sur un total de six modules : E, G, K, M, ν[2] et λ. L'utilisation des relations données dans ce tableau nécessite cependant des corrections qui sont données dans la littérature[3].
En ingénierie structurelle, le choix le plus courant est la paire module de Young et coefficient de Poisson (E, ν) ; la paire équivalente (E, G) est aussi utilisée. Le module E (lié à la raideur) est souvent utilisé en acoustique.
La connaissance des caractéristiques rhéologiques en fonction de la température revêt un grand intérêt. Les évolutions de modules ou de viscosités sont souvent importantes. Voir aussi Température de transition vitreuse (Tv) et Thermostabilité.
Selon le type de déformation[4], le module d'élasticité d'un matériau peut être :
Divers types de modules d'élasticité correspondant aux différents types de déformation (exemples) :
Nom | Comportement du matériau | Loi de comportement |
---|---|---|
Module de traction | Soumis à une contrainte uniaxiale , l'échantillon subit une dilatation linéaire faible par rapport à l'épaisseur. | |
Module de cisaillement | Soumis à une contrainte de cisaillement[6] , l'échantillon subit une déformation sans changer de volume. | |
Module de compressibilité mécanique | Soumis à une contrainte de compressibilité , l'échantillon subit une variation de volume sans changer de forme. | |
Module en déformation uniaxiale | Soumis à une contrainte de pseudo-compressibilité , l'échantillon subit une variation de volume sans changer de forme. La déformation résultante est grande par rapport à l'épaisseur. |
En général, pour un matériau viscoélastique, il n'existe pas de relation contrainte déformation (équation rhéologique) indépendante du temps (t), c'est le cas notamment du rapport contrainte sur déformation. Le rapport contrainte dynamique sur déformation dynamique d'un matériau viscoélastique soumis à une vibration sinusoïdale est appelé module complexe ou module dynamique ou module viscoélastique, noté M*[7]
avec :
Les contraintes élastiques et visqueuses sont liées aux propriétés du matériau par le module.
Le schéma ci-dessus représente diverses propriétés mécaniques dynamiques dans le plan complexe, dans une expérience utilisant des déformations sinusoïdales ; est l'angle de phase entre la contrainte et la déformation.
Un matériau est considéré comme viscoélastique linéairement si, lorsqu'il est faiblement déformé, le rapport contrainte sur déformation (ou module) n'est fonction que de la fréquence (ou du temps) et de la température (T). À partir d'un niveau de déformation critique, le comportement de l'échantillon est non linéaire.
Un module viscoélastique est déterminé en DMA à partir de la géométrie et de la raideur dynamique de l'échantillon. Par exemple, les modules viscoélastiques E' et E'' d'un solide déformable peuvent être mesurés en DMA en soumettant l'échantillon à une contrainte de traction-compression ou de flexion. Les modules viscoélastiques G' et G'' d'un produit solide, d'un (polymère) fondu, d'une résine, d'un bitume, etc., peuvent être mesurés en DMA ou au moyen d'un rhéomètre dynamique (hors échantillon solide dans ce dernier cas) ; la caractérisation se fait en torsion (sur un solide) ou en cisaillement.
La viscosité dynamique η' est proportionnelle à G''.