propriete mecanique Flashcards
Les essais mécaniques consistent à déterminer expérimentalement la relation qui existe entre
une contrainte (𝛔) et la déformation (𝛜) qu’elle engendre dans le matériau.
Pour cela, les essais mécaniques permettent d’étudier ces propriétés.
Les divers essais mécaniques peuvent alors évaluer :
La Traction
La Traction biaxiale
La Compression
La Cission
La Pression hydrostatique
Déformation élastique
- Lors de l’étirement, la longueur de l’échantillon augmente, tandis que le diamètre de sa section diminue.
- En effet, le volume de l’échantillon reste constant tout au long de l’expérience.
- Par ailleurs, le rétrécissement du diamètre n’est pas homogène, il existe un seuil au-dessus duquel il y a une rupture de l’échantillon.
La machine de traction
est utilisée pour tout essai de traction, avec l’échantillon fixé par ses extrémités dans des mors :
- L’échantillon est étiré à vitesse constante
- L’étirement obtenu ainsi que la charge nécessaire sont mesurés durant l’essai - La charge est mesurée à l’aide d’une cellule
- L’étirement est mesuré à l’aide d’un extensomètre
/!\ L’essai est destructif, c’est-à-dire qu’il s’arrête jusqu’à ce que l’échantillon soit rompu (cassé).
Les critères importantes de l’échantillon dans les essais de traction sont :
- La section (surface)
- La longueur
coefficient de poisson : (ν)
ν=−εL/ ε
rapport entre la retractation perpendiculaire a la direction de traction et l’allongement dans la direction de traction
courbe force etirement
Une courbe expérimentale est tracée à l’issue de l’essai, obtenant alors une variation de force (N) en fonction de l’étirement (mm).
probleme courbe traction
En revanche la courbe expérimentale ne donne aucune information concernant l’échantillon :
- Volume de l’échantillon ?
- La valeur de la section initiale de l’échantillon avant l’essai ?
solution probleme courbe
Ainsi il est nécessaire de normaliser la courbe expérimentale en fonction des paramètres de l’échantillon.
La courbe normalisée est donc la variation de contraintes en fonction de la déformation
formule variation contrainte + deformation
- σ = 𝐹 /𝑆0 : correspond à une force appliquée sur une surface, l’équivalent du Pa.
- La contrainte moyenne de la mastication est de 20 MPa (valeur à retenir), soit 20N sur 1𝑚𝑚 .
- ε = ΔL/ L0 : correspond à la réponse du matériau à la contrainte : il se déforme. /!\ La déformation est exprimée en %, sans unité.
savoir placer
domaine elastique
domaine plastique
limite elastique
striction
- La partie linéaire de la courbe correspond à la déformation élastique de l’échantillon, c’est-à-dire qu’il y a retour à la structure initiale lorsque la machine relâche l’échantillon.
- La déformation plastique est observée dans l’intervalle de la courbe expérimentale où la courbe n’est plus linéaire (R.0,2 = deformation de 0,2% du materiaux)
- limite elastique : niveau de contrainte a partir duquel une deformation plastique est observée
- contrainte max : contrainte max a la rupture que peut supporter un materiau
module de young
- E = Module d’élasticité ou Module de Young du matériau, invariable et propre à chaque famille du matériau, intrinsèque au matériau.
- La courbe s’exprime mathématiquement selon la loi de Hooke :
σ= 𝐸.ε - => E correspond au coefficient directeur ou la pente de la partie linéaire de la courbe.
- L’élasticité d’un matériau importante + E (Module de Young) est petit.
- module d’élasticité des os de la mâchoire est de 20 GPa. (contre 1000 GPa pour le diamant).
def consolidation
Contrainte à partir de laquelle la déformation devient plastique, mobilité des dislocations et création de nouvelles dislocations.
L’allongement à la rupture
- décalé par rapport au point situé à l’aplomb de la rupture.
- on trace une droite parallèle à la déformation élastique puisqu’au moment de la rupture, il y a récupération de l’énergie élastique emmagasinée, et les deux morceaux du matériau vont chacun récupérer une partie de cette déformation plastique.
csq deformation materiaux
Microscopiquement, la déformation du matériau selon une direction fait apparaître des lignes de glissements qui sont toutes parallèles par rapport à la direction de la déformation.
Les glissements sont :
- Irréversibles
- Extrinsèques
- Observés à partir de la limite d’élasticité
- Synonymes de ductilité
L’écrouissage def
- Augmentation du nombre de dislocations au sein d’un matériau
- correspond à un phénomène de fragilité.
- L’augmentation du nombre de dislocation engendre des “gênes” avec les autres dislocations, ceci se traduit par une modification de la limite d’élasticité.
- Ainsi la courbe ne présentera pas une limite d’élasticité, mais plusieurs une fois que la déformation plastique est atteinte.
deformation homogene et inhomogene
La déformation est homogène dans l’intervalle compris entre la limite d’élasticité et le maximum de la courbe.
Elle devient inhomogène lorsque la striction intervient, entre le maximum de la courbe jusqu’à la fracture de l’échantillon.
Notion de ductilité
rupture (ou ca + comment)
La rupture sera toujours dans la zone de striction, cependant elle ne peut pas toujours être localisée du fait de la présence de défauts.
Lors de la déformation plastique, il y a apparition de microporosités, et l’accumulation de ces microporosités entraîne la rupture de l’échantillon.
Pour obtenir un matériau ductile, il faut :
- Des dislocations mobiles (les dislocations immobiles rendent le matériau fragile)
- Mécanisme de multiplications des dislocations mobiles
- Présence d’au moins 5 systèmes de glissement indépendants
csq ductilite
La ductilité facilite la mise en forme, un auto-accommodement (stabilisation), et enfin la ténacité (capacité d’un matériau à arrêter les fissures).
ductilite face centré et centré
La ductilité du système face centrée est supérieure à celle du système centré car les atomes d’un plan donné possèdent une plus grande facilité à glisser sur les atomes d’un autre plan. Finalement la fragilité est définie comme l’opposé de la ductilité.
def tenacité
Ténacité : capacité d’un matériau à s’opposer aux propagations des fissures
Notion d’énergie
L’énergie élastique peut être stockée dans le matériau lors d’une déformation, elle se calcule par l’aire sous la courbe. Elle est capable de s’opposer à la propagation d’une fissure. En effet, l’énergie stockée dans la ductilité d’un matériau permet de lutter contre la propagation des fissures.
La ténacité est d’autant plus faible que la valeur de la pente est élevée..
Compression
Lors d’un essai de compression, la longueur de l’échantillon diminue et la section va au contraire augmenter. Néanmoins la compression est assez différente de la traction, car il faudrait apporter davantage de contraintes pour pouvoir déformer l’échantillon, et contrairement à la traction la longueur intervient dans la compression.
flambage
Flambage : instabilité mécanique du matériau lors de la compression
Le flambage est observé lorsque la longueur du matériau est très importante, avec rupture de ce dernier au cours de la compression
moment quadratique
Le moment d’inertie ou moment quadratique est la géométrie de la section qui influence le résultat du test.
Les industriels jouent alors sur le moment d’inertie d’un objet pour lutter contre le flambage : Des chaises en carton qui ne se déforment pas ont été mises sur le marché.
Certaines géométries possèdent des moments quadratiques très élevés :
- Tube creux
- Poutre en forme de “I”
Flexion
- installer l’échantillon sur ses deux extrémités
- exercer une force sur le milieu de l’échantillon
- moment quadratique intervient également dans ce phénomène.
- Contrairement à la flexion, la contrainte de la flexion n’est pas homogène.
- Des contraintes en compression s’observent au niveau de la concavité de l’échantillon,
- tandis que des contraintes de tension s’observent dans la partie convexe de l’échantillon.
- flexio en orthodontie puisque dent sont réaligné grace au mouveme,y de flexion du fil fixe sur les bagues
formule flexion
F = 48 x E x I x δ / L^3
E : Module d’élasticité
I : Moment quadratique
δ: Contraintes à appliquer sur les deux extrémités
- plus facile de déformer un long bâton qu’un bâton plus court
- la hauteur (ou épaisseur) va aussi influencer la facilité à déformer un objet par flexion.
durete
► Dureté : La résistance de l’objet à la déformation plastique localisée
La dureté est définie entre autres comme la facilité à rayer la surface d’un matériau. Il est difficile de rayer la surface d’un diamant contrairement à la surface d’un carrelage, la rayure est une déformation plastique en surface.
/!\ La dureté ne concerne que la surface de l’échantillon.
Ainsi un matériau est défini comme “dur” lorsqu’il résiste aux rayures.
mesure durete
- un poinçon applique une force à la surface du matériau et la machine calcule la profondeur de la trace.
- plus la dureté d’un matériau est élevée, moins la trace sera profonde.
- si la trace laissée par le poinçon est grande = s’enfonce plus facilement dans le matériau, qui est par conséquent moins dur.
- Les essais de dureté sont normalisés et non-destructeurs, reproductibles et faciles à mettre en œuvre.
- Le poinçon de Vickers est utilisé dans tous les tests de dureté, mesurant la trace de quelques mm à quelques
nm.
norme poincon
La dureté Vickers est un poinçon diamant pyramidal à base carrée et d’angle 136° entre 2 faces opposées. La trace réalisée a une forme carrée. La machine mesure les 2 diagonales, et fait la moyenne des deux.
HV = 1.854 x F / d^2
et d = d1 + d2 / 2
L’unité est le Vickers.
Microdureté
- poinçon utilisé sont beaucoup plus petits, et l’empreinte effectuée est pratiquement invisible à l’œil nu car elle est de l’ordre de quelques micromètres.
- En général, les poinçons de Knoop et de Vickers peuvent être utilisés dans les essais de microdureté.
- L’empreinte laissée par le test Knoop est en forme de losange.
formule microdurete
HK = 14.24 x F / d^2
/!\ Seule la longueur de la grande diagonale est prise en compte dans cette formule.
Les applications de cet essai de microdureté :
- Dureté de différentes phases d’un matériau polyphase
- Dureté des différents constituants d’un matériau composite
- Ténacité d’un matériau fragile
- Caractérisation des couches traitées superficiellement (carbures, nitrures…)
- Mesure de l’écrouissage superficiel d’une pièce
- Mesure de l’adhérence d’une couche superficielle
Nanoindentation
L’empreinte laissée est de l’ordre du nanomètre, donc l’observation de celle-ci se fait avec un microscope électronique à balayage. La nanoindentation est plus intéressante que la microdureté, car il est possible de mesurer la contrainte du matériau à la déformation, à la charge, à la décharge, et ainsi calculer le module d’élasticité.
Pour réaliser la nanoindentation, il est possible d’utiliser :
- L’essai de Vickers
- L’essai de Berkovish
definition
rigidite
resistant
ductilite
fragilite
rigidite : pente E elevee pendant le regime elastique
resistant : si la contrainte a la rupture Rm est elevee
ductilite : capacité a se deformer de facon permanente sans se rompre
fragilite : rompt en elasticite
graphique materiau ductile et fragile
ductile : pourra se deformer plastiquement
fragile : ne se deformera que de maniere elastique
resistance en flexion
Problème : dépend des défauts à l’intérieur du matériau (ce qui est le cas dans les céramiques notamment). S’il y
a des défauts dans le matériau, il peut y avoir une concentration de contraintes locales et donc rupture.
La contrainte augmente en descendant.
resistance a la fatigue
Problème : possibilité de rupture des matériaux ductiles pour des contraintes appliquées plus faibles que la
charge limite à la rupture.
La limite de fatigue ou limite d’endurance (d) est la limite pour laquelle le matériau ne se fissure pas quel que soit le nombre de cycles imposés. La limite d’endurance pour grande durée de vie est d’environ 10^7 10^8
cycles.
