Effectuer des essais mécaniques sur un matériau permet de connaître ses caractéristiques mécaniques (ses propriétés).

     Au moment de la conception d’une pièce, il est important de tester des échantillons du matériau que l’on souhaite utiliser pour connaître ses propriétés.
    Après la fabrication, afin de vérifier si le matériau de la pièce est conforme au cahier des charges, on en prélève des échantillons pour leur faire subir des essais mécaniques.

A partir des mesures ci-dessus, il est possible de déterminer R_m la résistance mécanique à la traction, R_e la Limite élastique, A% l’Allongement...

La dureté est proportionnelle au quotient de la force "F", par l'aire "S" de la surface déformée par le pénétrateur sur le matériau.

La dureté Brinell est un nombre proportionnel au quotient de la charge d'essai   F, par l'aire de l'empreinte considérée comme une calotte sphérique de diamètre d.

Cet essai est effectué en 3 étapes d’application de la force (F₀, F₀+F₁, F₀). On mesure l'accroissement "e" en profondeur et on en déduit la dureté Rockwell.

Cet essai consiste à rompre en son milieu d'un seul coup de mouton-pendule une éprouvette entaillée en U en son milieu et reposant sur deux appuis.

On détermine l'énergie absorbée dont on déduit la résilience.

        Le Laboratoire possède une machine Mouton de Charpy d'une capacité de 300 J

Essais de fatigue

Les essais mécaniques ci-dessus cités (Traction - Résilience - Dureté) constituent une étude en statique du matériau.
En effet, on cherche le plus souvent à travailler dans le domaine élastique d'un matériau, et une étude statique permet de déterminer la zone élastique.

Mais, lorsque les efforts varient avec le temps, c’est le phénomène de fatigue qui intervient. Les pièces peuvent rompre même si elles fonctionnent dans le domaine élastique !.

La fatigue concerne tous les matériaux et pas uniquement les métaux: le phénomène de fatigue existe aussi chez les polymères.

Pour quelques rappels sur ce qu'est une rupture en fatigue cliquez ici

Le Laboratoire de Matériaux dispose d’une machine de flexion rotative qui permet de tester en fatigue des éprouvettes normalisées de métal.

Ce type de sollicitations est le plus fréquemment utilisé pour les essais. Toutes les fibres sont sollicitées en traction ou en compression sauf la fibre neutre. L'éprouvette présente un congé de raccordement pour être sûr que la fissure parte de cette zone de moindre épaisseur.

On sollicite jusqu’à rupture plusieurs éprouvettes du même métal, et selon le nombre de cycles de rotation qu’elles ont réussi à encaisser et la contrainte à laquelle elle ont été soumises, on détermine la limite de rupture en fatigue : s D

Il existe plusieurs méthodes de détermination de s_D, le Laboratoire de Matériau utilise les méthodes d’itération et de l’escalier.

    La méthode d'itération
On estime (ou on connaît) la valeur de  s _D
On cherche ensuite à encadrer la valeur de s _D à l’aide d’une formule de récurrence qui prend en compte la proportion de rupture observée à chaque niveau.
        Cette méthode offre un degré de précision admissible par l’industrie. Elle demande 10 à 15 éprouvettes; mais, il faut déterminer avec justesse le s _D .initial.

    La méthode de l'escalier
C'est la méthode la plus courante.
On fixe la censure (nombre de cycles à effectuer lors de l’essai) à 10⁷ cycles.

        On définit un écart type initial (égal à 10% de la limite de fatigue).
        On cherche à encadrer la limite de fatigue par des suites de ruptures ou de non-ruptures.