Les essais mécaniques sont des expériences dont le but est de caractériser les lois de comportements des matériaux mécanique des milieux continus La loi de comportement établit une relation entre les contraintes pression=force surface et les déformations allongement unitaire sans dimensions Il est noter qu'il ne faut pas confondre une déformation avec un déplacement ou une dilatation Cependant la déformation d'une pièce dépend de la forme 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 la forme de la pièce dont est fait le matériau on parle d'éprouvette normalisée Comment sont exercés les efforts sur l'éprouvette on parle d'essai normalisé

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Essais mécaniques Les essais mécaniques sont des expériences dont le but est de caractériser les lois de comportements des matériaux (mécanique des milieux continus). La loi de comportement établit une relation entre les contraintes (pression=force/surface) et les déformations (allongement unitaire sans dimensions). Il est à noter qu'il ne faut pas confondre une déformation avec un déplacement ou une dilatation. Cependant, la déformation d'une pièce dépend de la forme 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 : la forme de la pièce dont est fait le matériau ; on parle d'éprouvette normalisée ; Comment sont exercés les efforts sur l'éprouvette ; on parle d'essai normalisé. Traction uniaxiale L'éprouvette est tenue en deux points (par une pince ou un crochet). Une force de traction est appliquée à vitesse constante. Ces essais permettent de tracer une courbe dite de traction à partir de laquelle les caractéristiques suivantes peuvent être déduites : • la déformation élastique en fonction de la force appliquée d'où on peut déduire, connaissant les dimensions de l'éprouvette, le module d'Young ; • la limite élastique souvent notée Re, ou bien la limite d'élasticité à 0,2% Re0,2 ; • la déformation plastique ; • la résistance à la traction ou tension de rupture souvent notée Rr, Lo longueur initiale So section initiale Do diamètre initial Eprouvettes conventionnelles: avec (Do=20mm, Lo=100mm) ou (Do=

  • diamant arrondi

  • dureté

  • limite apparente d'élasticité

  • limite conventionnelle

  • éprouvette

  • masse

  • principe

  • essai

  • diamètre initial


Publié le : mardi 19 juin 2012
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Essais mécaniques
Les essais mécaniques sont des expériences dont le but est de caractériser les
lois de comportements
des
matériaux (
mécanique des milieux continus
). La loi de comportement établit une relation entre les
contraintes (pression=force/surface) et les déformations (allongement unitaire sans dimensions). Il est à
noter qu'il ne faut pas confondre une déformation avec un déplacement ou une dilatation.
Cependant, la déformation d'une pièce dépend de la forme 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 :
la forme de la pièce dont est fait le matériau ; on parle d'éprouvette normalisée ;
Comment sont exercés les efforts sur l'éprouvette ; on parle d'essai normalisé.
Traction uniaxiale
L'éprouvette est tenue en deux points (par une pince ou un crochet). Une force de traction est appliquée à
vitesse constante. Ces essais permettent de tracer une courbe dite de traction à partir de laquelle les
caractéristiques suivantes peuvent être déduites :
la déformation élastique en fonction de la
force appliquée d'où on peut déduire,
connaissant les dimensions de
l'éprouvette, le
module d'Young
;
la limite élastique souvent notée Re, ou
bien la limite d'élasticité à 0,2% Re0,2 ;
la déformation plastique ;
la résistance à la traction ou tension de
rupture souvent notée Rr,
Lo longueur initiale
So section initiale
Do diamètre initial
Eprouvettes
conventionnelles:
avec (Do=20mm,
Lo=100mm) ou
(Do=10mm, Lo=50mm)
Selon le matériau, la
température
et la
vitesse de déformation
, la courbe peut avoir différentes formes.
Courbe de traction d'un matériau ductile
présentant un décrochement
R contrainte = F Force / S Surface
Rr contrainte maximale avant rupture
Re limite apparente d'élasticité
ε
allongement relatif
Quand il n'est pas possible de déterminer la
limite apparente d'élasticité on définit une limite
conventionnelle Rp0,2 correspondant à un
allongement relatif
ε
=0,2%.
Caractéristiques nominales ou apparentes
Limite d'élasticité
:
Résistance à la traction :
Allongement à la rupture
:
Dans cette expression, Lo et Lf sont respectivement les longueurs initiales et finales après rupture.
Striction à la rupture
:
Dans cette expression, So et Sf sont respectivement les sections initiales et finales après rupture.
Module de Young
, représenté par la pente de la courbe dans sa partie linéaire :
.
Coefficient de Poisson
:
où do et d sont respectivement le diamètre initial et le diamètre sous charge, Lo et L la longeur initiale et
la longeur sous charge.
ν
est défini dans le domaine élastique.
Les valeurs ci-dessus sont dénommées apparentes, car elles se réfèrent à la section initiale de l'éprouvette.
Les valeurs dites vraies, 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
.
Essai de flexion par choc sur éprouvette entaillée Charpy
L'essai de flexion par choc sur éprouvette entaillée Charpy a pour but de mesurer la résistance d'un
matériau à la rupture brutale. Il est fréquemment appelé essai de
résilience
Charpy ou même essai Charpy.
Il porte le nom de l'ingénieur français
Georges Charpy
(1865-1945) qui en fut un des principaux
théoriciens et promoteurs. Il mit en particulier au point la machine qui permet de réaliser l'essai et qui est
appelée
Mouton Charpy
.
Principe de l'essai
L'essai est destiné à mesurer l'énergie nécessaire
pour rompre en une seule fois une éprouvette
préalablement entaillée. On utilise un mouton-
pendule munit à son extrémité d'un couteau qui
permet de développer une énergie donnée au
moment du choc. Cette énergie est classiquement
dans le cas de la norme européenne de 300
joule
.
L'énergie absorbée est obtenu en comparant la
différence d'
énergie potentielle
entre le départ du
pendule et la fin de l'essai. La machine est muni
d'index permettant de connaître la hauteur du
pendule au départ ainsi que la position la plus
haute que la pendule atteindra après la rupture de
l'éprouvette.
L'énergie obtenue (en négligeant les frottements)
est égale à :
W = m . g . h – m . g . h’
m :
masse
du mouton-pendule
g : accélaration de la pesanteur (environ 9.81
m.s-2
h : hauteur du mouton-pendule à sa position de
départ
h' : hauteur du mouton-pendule à sa position
d'arrivée
Mouton-pendule et des hauteur à prendre en
compte pour le calcul de l'énergie absorbée.
Erreur !
Forme des éprouvettes
Dureté (matériau)
À la différence des minéraux dont la dureté est historiquement caractérisée par rayage (cf.
Échelle de
Mohs
), on utilise généralement des essais de rebondissement ou de pénétration pour caractériser la dureté
des
métaux
.
Ces essais ont l'avantage d'être plus simples à réaliser et de donner des résultats reproductibles.
Mesure de dureté par rebondissement : essai Shore
On laisse chuter bien verticalement d'une hauteur fixe une petite masse d'acier terminée par un diamant
arrondi. La masse est guidée dans sa chute par un tube lisse. La dureté est évaluée ensuite d'après la
hauteur du rebond.
De manière simplifiée, cet essai mesure l'énergie de déformation plastique : si le choc est parfaitement
élastique (pas de déformation plastique, pièce à tester très dure), la pointe rebondit théoriquement jusqu'à
sa hauteur de lâcher (en négligeant les frottements) ; on peut relier la différence de hauteur h à l'
énergie
cinétique
Ec absorbée lors du choc :
où m est la masse lâchée et g est l'accélération de la
gravité
. Dans le cas d'un objet extrêmement mou, la
pointe s'enfonce et ne rebondit pas. Les appareils sont en principe étalonnés pour obtenir une dureté de
100 pour un acier trempé à 0,9 % de carbone et d'environ 35 pour les aciers doux.
Notons cependant que les résultats de l'essai Shore dépendent beaucoup de l'état de la surface de la pièce
testée. L'appareil doit être tenu de manière bien verticale pour éviter d'avoir des frottements qui
fausseraient la mesure. La masse de la pièce à mesurer doit être beaucoup plus importante que la masse de
la masse utilisée dans l'appareil de mesure.
Dureté Brinell (symbole HB) :
Elle est obtenue par calcul. Après essai, on mesure l'empreinte laissée par une bille polie (diamètre :1-2,5-
5-10 mm) et la valeur de la charge F appliquée pour obtenir cette empreinte (essai usuel : F = 3 000 daN,
d --10 mm, pendant 15 à 60 secondes). Utilisation : tous métaux.
Dureté Vickers (symboleHV) :
Elle est obtenue par calcul ; le principe est identique au précédent mais avec une pyramide droite en
diamant à base carrée dont l'angle au sommet est de 136°. Utilisation: tous métaux.
Variante : essai Knoop (microdureté, empreinte en forme de losange, matériaux durs pour petites pièces et
fines sections).
Dureté Rockwell (symbole HR)
C'est l'essai de dureté le plus connu mondialement. Dans ce cas, la dureté, contrairement à Brinell et
Vickers, est obtenue par lecture directe d'une longueur d'enfoncement d'un pénétrateur, bille acier ou cône
diamant.
Une précharge (Fo) permet de faire une empreinte initiale et, par là, d'éliminer les incertitudes propres
aux défauts de la surface.
Échelles de mesure :
HR
C
(pour ferreux), HR
D
et HR
A
avec cônes (pour matériaux durs et très durs :
carbures, aciers trempés...) ; HR
B
(non ferreux et métaux en feuilles) ; HR
E
, HR
F
, HR
G
(pour métaux
doux) ; HR
M
et HR
R
avec billes (pour matières plastiques).
Photoélasticité
La photoélasticité permet une étude détaillée des
régions chargées. On y observe les zones d’iso-
contraintes ainsi que leur progression. Cette
méthode est très efficace pour l’étude des
concentrations de contraintes comme : les trous,
les encoches, les épaulements…
Pour modéliser l’objet de l’étude, on utilise une
matière plastique transparente. Un système
optique spécial (polariscope) permet d’observer
les variations de contraintes avec les
modifications de couleurs de la pièce.
Ci-contre, un exemple d’une visualisation des
contraintes au niveau du contact entre deux dents
d’un engrenage : les zones très colorées
subissent les contraintes les plus élevées.
Principe de fonctionnement du polariscope
3. Extensométrie électrique
C'est la méthode expérimentale la plus usuelle
pour vérifier les résultats théoriques (calculs de
contraintes, de déformations...).
Les jauges sont collées sur la surface à étudier et
mesurent les déformations en un point donné. La
déformation subie est transformée en variation
de résistance électrique mesurée par un pont
d'extensométrie : c'est le principe du pont de
Wheatstone. Les contraintes sont ensuite
obtenues par calcul à partir des lois de la
résistance des matériaux ou élasticité.
Jauges de contraintes : sous l'effet d'un
allongement la section du brin (fil) de la jauge
diminue, il en résulte une variation de la
résistance électrique du fil. Dans certains
capteurs (forces, pressions, couples,
déplacements...) on utilise généralement quatre
jauges judicieusement disposées. Une jauge peut
servir très longtemps, cependant il n'est pas
possible de la décoller sans la détruire.
Elles sont souvent fabriquées de la même
manière que les circuits imprimés et sont
disponibles dans plusieurs formes et dans de
nombreuses dimensions (0,1 mm à 10 cm et
plus).
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