Essai mécanique

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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.

Sommaire

1 Traction uniaxiale

1.1 Principe
1.2 Caractéristiques nominales ou apparentes
1.3 Normes

2 Compression uniaxiale

3 Compression isostatique

6.1 Types d'essais
6.2 Normes

7 Flexion

8 Fatigue

Traction uniaxiale

Principe

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Eprouvettes_traction.jpg

Exemples d'éprouvettes de traction en alliage d'aluminium

L'éprouvette est tenu en deux points (par une pince ou un crochet), reliés à des filins. 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 R_e, ou bien la limite d'élasticité à 0,2% R_e0,2 ;
la déformation plastique ;
la résistance à la traction ou tension de rupture souvent notée R_m, qui est la contrainte maximale atteinte en cours d'essais.

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Traction_sample.png
Eprouvette

Lo longueur initiale
So section initiale
Do diamètre initial

Eprouvettes conventionnelles:
$Lo = 5,65\times\sqrt{So}$
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.

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Traction_curve.png
Essais

Courbe de traction d'un matériau ductile présentant un décrochement

R contrainte / F Force
Rm contrainte maximale avant rupture
Re limite apparente d'élasticité
e allongement relatif, usuellement noté $ε$

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Traction_conventionnal_curve.png
Essais conventionnel

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 e=0,2%.

Caractéristiques nominales ou apparentes

Limite d'élasticité : $R_{e}=\frac{F_{e}}{S_0}$
Résistance à la traction : $R_{m}=\frac{F_{m}}{S_0}$
Allongement à la rupture : $A=\frac{l_f-l_0}{l_0}$ . Dans cette expression, $l 0$ et $l f$ sont respectivement les longueurs initiales et finales après rupture.
Striction à la rupture : $St=\frac{S_0-S_f}{l_0}\times 100$ . Dans cette expression, $S 0$ et $S f$ sont respectivement les sections initiales et finales après rupture.
Module de Young, représenté par la pente de la courbe dans sa partie linéaire : $E=\frac{d\sigma }{d\epsilon }$ .
Coefficient de Poisson : $\nu =\frac{d_0-d}{d_0}$ , où $d 0$ et $d$ sont respectivement les diamètres initiaux et finaux après rupture.

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.

Voir aussi : effet Portevin-Lechatelier, nuage de Cotterel.

Normes

Européenne (CEN)

EN 10002-1 : Matériaux métalliques - Essai de traction - partie 1 : méthode d'essai à température ambiante.
EN 10002-5 : Matériaux métalliques - Essai de traction - Partie 5 : méthode d'essai à température élevée.

Internationale (ISO)

ISO 6892 : Matériaux métalliques - Essai de traction à température ambiante.
ISO 10618 : Fibres de carbone - Détermination des propriétés en traction sur fils imprégnés de résine.

Américaine (ASTM)

ASTM E8 : Standard test methods for tension testing of metallic materials. (il existe la norme ASTM E8M qui est la version métrique).
ASTM E21 : Standard methods for elevated temperature tension tests of metallic material.

Compression uniaxiale

Compression isostatique

Cisaillement

Résilience

Mouton Charpy

Norme

Américaine

ASTM E23 : Standard test methods for notched bar impact testing of metallic materials.

Dureté

Types d'essais

Minéraux :

Mohs

Métaux :

Essais Vickers, Brinell, Rockwell

Voir également :
ductilité

Normes

Internationale (ISO) et européenne (CEN)

EN ISO 2039-2 : Plastiques - Détermination de la dureté - Partie 2 : dureté Rockwell.
EN ISO 6506-1 : Matériaux métalliques : essai de dureté Brinell - Partie 1 : méthode d'essai.
EN ISO 6507-1 : Matériaux métalliques - Essai de dureté Vickers - Partie 1 : méthode d'essai
EN ISO 6508-1 : Matériaux métalliques : essai de dureté Rockwell- Partie 1 : méthode d'essai (échelles A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T).

Américaine

ASTM E10 : Standard method for Brinell hardness of metallic materials.
ASTM E18 : Standard methods for rockwell hardness and rockwell superficial hardness of metallic materials.
ASTM E140 : Standard hardness conversion tables for metal.

Flexion

Flexion trois points et quatre points

Essai mécanique

Traction uniaxiale

Principe

Caractéristiques nominales ou apparentes

Normes

Compression uniaxiale

Compression isostatique

Cisaillement

Résilience

Norme

Dureté

Types d'essais

Normes

Flexion

Fatigue

See also: Essai mécanique, ASTM International, Comité européen de normalisation, Contrainte, Ductilité, Dureté (métal), Limite d'élasticité, Lois de déformation, Module d'Young