Structures et propriétés des matériaux 2006 Ingénierie et Management de Process Université de Technologie de Belfort Montbéliard

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Examen du Supérieur Université de Technologie de Belfort Montbéliard. Sujet de Structures et propriétés des matériaux 2006. Retrouvez le corrigé Structures et propriétés des matériaux 2006 sur Bankexam.fr.
Publié le : lundi 18 août 2008
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MA 43SRUCTURE et PROPRITES DES MATERIAUXIMAP JANVIER2007 EXAMEN FINAL Document autorisé : une feuille A4 manuscrite recto-verso. Partie 1 1. -Une éprouvette en magnésium harge LongueurContrainte Déformation de section transversale circulaire de 2diamètred0 =12 mm, etl0 =30 N) (mm)N/mm mm, est soumise à un essais de traction. Les données charge- 300 0 allongement sont présentéesdans le 000 30,029644,09 0,0009867 tableau suivant.  Aprèsrupture la longueur 0000 30,059288,18 0,0019733 de l’éprouvette est de32.61et mm 5000 30,0888132,28 0,00296 le diamètre est de11,74mm. a)Tracez lacourbe de 0000 30,15 176,370,005 traction 5000 30,51 220,460,017 conventionnelle. b)Déterminez lalimite 6500 30,9233,69 0,03 conventionnelle 7000 31,5238,10 0,05 d’élasticité. c)Calculez lemodule 6500 32,1233,69 0,07 d’élasticité. 5000 32,79 220,460,093 d)Calculez la longueur de l’éprouvette sous une charge de26 kN. e)Déterminez larésistance à la traction f)Estimezla duretédu matériaux. g)Calculezla ductilitéen pourcentage d’allongement et en pourcentage de striction. 2.-Le tableau et la figure suivants présentent les résultats des mesures de dureté Vickers d’un substrat en 35CrMoV15. Lescharges d’indentation sont comprises entre2,94et490,5 N. 3.P (N)HV (GPa) 100 200 300 400 2,94 3,94 4,0 4,91 3,85 3,8 9,81 3,8 3,6 19,62 3,78 3,4 29,43 3,75 3,2 49,05 3,6 3,0 98,1 3,5 2,8 153,28 3,3 2,6 196,2 3,15 2,4 294,3 3,11 2,2 392,4 3,06 2,0 0 100200 300 400 490,5 3,02 Charge d'indentat ion(N)  a)Interprétez les résultats. Conclusion ? b) Quelleest la composition chimique approximative(%m) du matériau35CrMoV15? 3.En sachant que la dureté d’un matériau est exprimée par le rapport entre la charge d’indentation et -l’aire latérale de l’empreinte, déterminez l’expression de laduretéenGPadans le cas de laméthodeBrinell. L'indendeur estune bille de rayonR(mm), l'empreinte a une forme de calote spherique de diametred(mm), de profondeur h (mm)et la charge est exprimée enkgfde shere :. L'aire d'une calote2лRh.
MA 43SRUCTURE et PROPRITES DES MATERIAUXIMAP JANVIER2007 Partie 2 4. -Questionnaire : 1.Il existe deux familles de polymères: les thermodurcissables (TD) et les thermoplastiques (TP). a.Citez les principales différences (structure, propriétés) entre ces deux familles b.Les TD sont-ils recyclables ? c.Les TD peuvent ils avoir un taux de cristallinité de 30% ? Pourquoi ? 2.La résistance en flexion de lots de céramiques A et B a été testée. L’analyse des résultats donne des modules de Weibull de ma5 et m =b=25. Que pouvez vous dire de la dispersion des deux lots. Lequel aura sans doute la préférence des utilisateurs ? 3 5.pourOn souhaite dimensionner un réservoir cylindrique (rayon R, épaisseur e, hauteur h) de 1m conserver de l’azote liquide nécessaire au bon fonctionnement d’une installation de diffraction RX dans un laboratoire de recherche. On dispose au catalogue de 3 nuances de matériaux métalliques cryogéniques : Nuance A :σe=1250MPa, Kc = 90 MPa.√m Nuance B :σe=900MPa, Kc= 120 MPa.√m Nuance C :σe=650MPa, Kc= 190 MPa.√m Lorsque le réservoir est plein, la pression d’azote atteint P=5 MPa. La contrainte normale maximale estσθθ=PR/e. Ce sont les fissures verticales, soumises à cette contrainte d’ouverture en mode I qui sont dans la situation la plus défavorable et présentent donc le plus de risque de propagation. On a alors pour ces fissures un facteur d’intensité de contraintes de K=σθθπa Les deux partiesA et B peuvent se faire séparément : A- Risque de rupture brutale : Afin d’éviter tout risque de projection brutale d’azote liquide, le dimensionnement sera réalisé en utilisant le concept de fuite avant rupture pour une pression de validation de P = 2Pservice 1-Expliciter ce concept. En quoi permet-il de garantir la sécurité des installations ? 2-Donner la formule littérale liant l’épaisseur minimale e du réservoir au rayon R permettant d’éviter toute déformation plastique. 3-En appliquant le concept de fuite avant rupture pour la contrainte de travail, donner la formule littérale liant l’épaisseur maximale e du réservoir au rayon R 4-En déduire le rayon R et l’épaisseur e du réservoir satisfaisants aux conditions de sécurité pour les 3 nuances de matériaux possibles. 5-Compte tenu du volume du réservoir souhaité, quelle solution vous semble la plus judicieuse ? B- Rupture par Fatigue Les contrôles effectués sur le réservoir ainsi construit révèlent la présence de défauts de taille a0= 0.5 mm. Les cycles de remplissage/vidage du réservoir font donc subir au réservoir des cycles de contrainte équivalents àΔσ= 5MPa. Ces cycles peuvent donc entraîner la propagation de la fissure détectée selon une loi de propagation de type : m -13 da/dN = C.ΔΚ(da/dN en m/cycle et enavec C = 2,6. 10ΔΚenMPa.√m) et m = 4 1-Calculer le nombre de cycles de remplissage/vidage avant l’observation d’une fuite sur le réservoir ? Vous utiliserez R=0.5m, e=5mm. Sachant que la bombonne est remplie chaque semaine, estimer sa durée de vie. Conclusions ? 2-A quoi ressemblerait le faciès de rupture observé alors ?
MA 43SRUCTURE et PROPRITES DES MATERIAUXIMAP FICHE REPONSEpour la PARTIE 1(A RENDRE AVEC LA COPIE)
JANVIER 2007
NOM : …………………………….PRENOM ………………………………………. 1.- REPONSES 0 000 010 00 030 0 40 050 060 07 008 00 90 100 1 1 a) b) c) d) e) f)g) 2.- REPONSES b) COMPOSITION (%m) ELEMENT :% m: (approximatif)
MA 43SRUCTURE et PROPRITES DES MATERIAUXIMAP
250
200
150
100
50
Charge (N) 0 5000 10000 15000 20000 25000
0, 02
0,04
0,06
0,08
JANVIER 2007
0,10 0,11
250
200
150
100
50
0 Longueur ContrainteDéformation 0,10 2 (mm) N/mm 30 00 30,0296 44,090,0009867 30,0592 88,180,0019733 30,0888 132,280,00296 30,15 176,370,005 30,51 220,460,017
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JANVIER 2007
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