Déformation d'un matériau

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La déformation des matériaux caractérise la manière dont réagit un matériau quand il est soumis à des sollicitations mécaniques. Cette notion est primordiale dans la conception (aptitude de la pièce à réaliser sa fonction), la fabrication (mise en forme de la pièce), et le dimensionnement mécanique (calcul de la marge de sécurité d'un dispositif pour éviter une rupture).

La capacité d'une pièce à se déformer et à résister aux efforts dépend de trois paramètres :

  • la forme de la pièce,
  • la nature du matériau;
  • des processus de fabrication : traitement thermique , traitement de surface, etc.

L'influence de la forme de la pièce est étudiée en mécanique des milieux continus (MMC). L'influence du matériau est décrite très succinctement ici.

Caractérisation[modifier | modifier le code]

On caractérise mécaniquement un matériau par sept propriétés identifiables et mesurables : Chacune de ces caractéristiques fait l'objet de tests ou de mesures normalisés et bien définis.

  • Élasticité : capacité du matériau à se déformer élastiquement et de manière réversible.
    On tire sur une éprouvette; et on mesure le rapport Effort/Déformation - caractérisation : module de young exprimé en ;
  • Résistance : capacité du matériau à résister à la rupture
    On tire sur une éprouvette jusqu’à rupture . Caractérisation : Résistante mécanique notée , Résistante élastique notée exprimés en ;
  • Ductilité: capacité du matériau à se déformer plastiquement, de manière irréversible.
    On tire sur une éprouvette dans la limite de plasticité et on mesure l'allongement - caractérisation : Allongement ou striction >;
  • Ténacité : capacité à résister à la propagation d'une fissure.
  • Dureté : Capacité d'un matériaux à résister à la pénétration.
    On mesure la pénétration d'un pénétrateur (bille, diamant, pointe, etc.) pour une force donnée - Caractérisation : Mesure en unité spécifique : dureté Vickers, Brinell, Rockwell suivant le type de test effectué.
  • Résilience : capacité d'un matériaux à résister au choc
    On mesure l’énergie cinétique nécessaire pour briser une éprouvette avec un mouton de Charpy - . Caractérisation : notée Elle s'exprime en .
  • Résistance à la fatigue capacité d'un matériaux à résister à de nombreuses sollicitations
    On fait subir à une éprouvette un cycle alterné de traction/ compression jusqu’à rupture - caractérisation : Ratio de la résistance mécanique cycle/unitaire exprimé en  ;

Remarques[modifier | modifier le code]

Dans le cas de matériaux anisotropes comme le bois, le béton ou la fibre , on précise les caractéristiques pour le type de sollicitation testée : traction, compression ou cisaillement .

Il n' y a pas forcément corrélation entre ces différentes propriétés : Exemples

  • l'aluminium a module de Young plus faible que la fonte (il se déforme plus , pour le même effort) mais une résilience supérieure (il résiste mieux aux chocs) ;
  • un acier à ressort a un module de Young faible (il se déforme beaucoup pour des efforts faibles) mais a une résistance équivalente a un acier allier ;
  • le verre à une grande dureté mais une résilience très faible (on raye difficilement le verre mais il se brise facilement) . Le bois à une faible dureté mais une résilience supérieure (on le raye facilement mais on le casse plus difficilement).

Certains matériaux sont "bon" presque partout, c'est le cas par exemple d'un acier allier à haute résistance mécanique. Seul défaut, il est peu ductile (il ne se déforma pas à froid); il faut des opérations de forgeage à chaud complexes pour le mettre en forme. Certains matériaux sont "mauvais" presque partout, c'est le cas par exemple de la pâte à modeler . Seul qualité , elle est ductile : on peut facilement l'étirer et lui donner la forme désirée.

D'autre matériaux ont une anisotropie marquée, ainsi le bois résiste mieux à la traction qu'a la compression; à l'inverse le béton travaille bien en compression mais très mal en traction quand il n'est pas armé. Les métaux sont en général isotropes : ils réagissent de la même manière dans les trois directions de l'espace).

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]