Essai mécanique

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La raideur dépend de la géométrie.
Machine d'essais.

Les essais mécaniques sont des expériences dont le but est de caractériser les lois de comportement des matériaux (mécanique des milieux continus). La loi de comportement établit une relation entre les contraintes (pression=force/surface) et les déformations (allongement unitaire adimensionnel). Il ne faut pas confondre une déformation avec un déplacement ou une dilatation.

Cependant, la déformation d’une pièce dépend de la géométrie 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 d’essai dont on teste le matériau, on parle alors d’éprouvette normalisée ;
  • comment sont exercés les efforts sur l’éprouvette, on parle alors d’essai normalisé.

Dureté[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Dureté (matériau).

Types d'essais[modifier | modifier le code]

Minéraux :

Métaux :

Roches :

Voir aussi :

Normes[modifier | modifier le code]

  • Internationales (ISO) et européennes (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).
  • Américaines
    • 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.

Traction uniaxiale[modifier | modifier le code]

Article connexe : Essai de traction.

Principe[modifier | modifier le code]

Exemples d'éprouvettes de traction en alliage d'aluminium.

L'éprouvette est tenue en deux points (par une pince ou un crochet), reliés à des filins. L'éprouvette est alors étirée à vitesse constante, et on relève la force de traction nécessaire en fonction de l'allongement. Ces essais permettent de tracer une courbe dite de traction à partir de laquelle les caractéristiques suivantes peuvent être déduites :

Éprouvette :
Lo longueur initiale,
So section initiale,
Do diamètre initial.
Éprouvettes conventionnelles :
L_{\rm o} = 5,65\times\sqrt{S_{\rm o}}
avec (Do=20 mm, Lo=100 mm) ou (Do=10 mm, Lo=50 mm).

Selon le matériau, la température et la vitesse de déformation, la courbe peut avoir différentes formes :

Caractéristiques nominales ou apparentes[modifier | modifier le code]

Dans cette expression, L_{\rm o} et L_{\rm f} sont respectivement les longueurs initiale et finale après rupture.

  • Striction à la rupture : Z\% =100 \cdot \frac{S_{\rm o}-S_{\rm f}}{S_{\rm o}}.

Dans cette expression, S_{\rm o} et S_{\rm f} sont respectivement les sections initiale et finale après rupture.

d_{\rm o} et d sont respectivement les diamètres initial et sous charge, L_{\rm o} et L les longueurs initiale et sous charge. \nu est défini dans le domaine élastique.

Les valeurs ci-dessus sont dénommées apparentes ou conventionnelles ((en) engineering strain et engineering stress), car elles se réfèrent à la section initiale de l'éprouvette. Les valeurs dites vraies ou rationnelles (en anglais true strain et true stress), 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-Le Chatelier, Nuage de Cottrell.

Normes[modifier | modifier le code]

  • Européennes (CEN)
    • EN 10002-1 : Matériaux métalliques - Essai de traction - Partie 1 : méthode d'essai à température ambiante (remplacée par la norme EN ISO 6892-1).
    • EN 10002-5 : Matériaux métalliques - Essai de traction - Partie 5 : méthode d'essai à température élevée.
  • Internationales (ISO)
    • ISO 6892-1 : Matériaux métalliques - Essai de traction à température ambiante.
    • ISO 10618 : Fibres de carbone - Détermination des propriétés en traction sur fils imprégnés de résine.
    • ISO 527-1 : Plastiques - Détermination des propriétés en traction.
  • Américaines (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[modifier | modifier le code]

Courbe de compression uniaxiale.

L'éprouvette est placée entre deux plateaux. L'essai consiste à compresser cette éprouvette souvent dans un but d'étude de la force de rupture. Si le matériau est ductile cette rupture n'aura pas lieu.

Dans le cas des roches, l'essai est normalisé[1] pour évaluer les performances des matériaux rocheux dans le cas d'étude d'ouvrages au rocher, pour la fourniture de matériaux d'enrochement ou pour l'exploitation de gisement de matériaux granulaires. Les éprouvettes d'élancement « 2 » sont soumises à une compression verticale en imposant un effort croissant sur l'éprouvette[2]. Les éprouvettes sont cylindriques.

Compression isostatique[modifier | modifier le code]

Cisaillement[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Contrainte de cisaillement.
Article connexe : Rhéomètre.

Par définition, un système est soumis à cisaillement lorsque les contraintes prépondérantes sont dues à l'effort tranchant.

Flexion[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Flexion (matériau).
Essai de flexion « trois points » d'une poutre.

La résistance à la flexion d'un matériau, sous forme de poutre principalement, peut être mesurée par une machine sous différents types de mises en charge. Les mesures des déformations et des contraintes sont réalisées à partir de jauges d'extensométrie et affichées sur un banc de mesure.

Torsion[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Torsion.

Résilience[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Résilience (physique).

L'essai de résilience est un complément à l'essai de traction. Il s'agit de rompre en un seul coup une éprouvette entaillée afin de mesurer l'énergie nécessaire pour effectuer cette rupture. Cet essai est réalisé sur un mouton-pendule (exemple : mouton-pendule Charpy).

Typologie[modifier | modifier le code]

Normes[modifier | modifier le code]

  • Américaine
    • ASTM E23 : Standard test methods for notched bar impact testing of metallic materials.
  • Européennes :
    • EN 10045-1 : Matériaux métalliques - Essai de flexion par choc sur éprouvette Charpy - Partie 1 : méthode d'essai.
    • EN 10045-2 : Matériaux métalliques - Essai de flexion par choc sur éprouvette Charpy - Partie 2 : vérification de la machine d'essai (mouton-pendule).

Fatigue[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Fatigue (matériau).

L'essai de fatigue consiste à appliquer sur une pièce une charge variable alternée (la moyenne des contraintes appliquées est nulle) ou répétée (la moyenne des contraintes appliquées est non nulle). Il va essayer de reproduire au mieux les conditions d'exploitation de la pièce.

Les ruptures par fatigue sont associées essentiellement au nombre total d'applications d'une charge et non au temps de service ou à l'âge de la pièce. La rupture par fatigue ne donne aucun signe préalable avant de casser, c'est pourquoi elle peut très souvent surprendre l'expérimentateur.

Indentation[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Indentation (matériau).

L'essai d'indentation consiste à appliquer une charge, dans des conditions déterminées, à la surface du matériau, à l'aide d'un indenteur ou pénétrateur. Après l'essai, le matériau s'étant déformé, on observe une empreinte que l'on peut mesurer. Les conditions d'essais : géométrie de l'indenteur, force, durée, caractérisent l'essai.

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Lien externe[modifier | modifier le code]

Références[modifier | modifier le code]

  1. Norme NF P 94-420 : « Roches – Détermination de la résistance à la compression uniaxiale », 12-2000
  2. « Wikigeotech : Compression uniaxiale roche », sur le site de Wikigéotech,‎ 18 juin 2014 (consulté le 18 juin 2014)