ESSAIS MECANIQUES

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Présentation

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

Essais mécaniques classiques

Caractéristiques mécaniques principales mises en évidence

TRACTION


DURETÉ 

RÉSILIENCE

FATIGUE

Résistance à la traction
Caractéristiques d’élasticité
Capacité d’allongement

Résistance à la pénétration

Résistance aux chocs

Résistance à la fatigue (mouvement répété)

     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.

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Essai de traction

 

Principe 

Solliciter une éprouvette en traction uniaxiale jusqu’à rupture pour déterminer ses caractéristiques mécaniques.

Détermination après essai :
    Fm
= charge maximale de l’essai
    Fe =
charge apparente à limite d’élasticité
    Fu =
charge ultime à l’instant de rupture
    Lu =
Longueur ultime entre repères

Eprouvette de Traction            Attention, traction....!         Eprouvette de Traction écartelée          

       

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

Mais il est aussi possible de réaliser des essais de traction à chaud, de flexion, de compression, de cisaillement...

 

 

Machines présentes au laboratoire

    Les essais peuvent être effectués sur des machines d'une capacité allant de 500 N à 100 KN, ces machines permettent de réaliser de la traction mais aussi de la compression, de la flexion ou du cisaillement.

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Essais de dureté

Principe
Que ce soit pour une dureté Brinell, Rockwell ou Vickers, l’essai consiste à appliquer sur une pièce à mesurer, un pénétrateur (dont la forme varie selon le type de l’essai) sous une charge F (variable).

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

Machines présentes au laboratoire
Machines permettent de faire les trois types d'essais (Brinell - Rockwell - Vickers)
Un machine de microdureté Vickers

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Essai Brinell
Le pénétrateur est une bille de diamètre D. On détermine le diamètre moyen "d" de l'empreinte laissée par le pénétrateur sur la surface du matériau, après enlèvement de la charge.

 

 

 

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.

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 Essai Rockwell
Il existe 2 types de pénétrateurs:
    Pour les fortes duretés, essai C le pénétrateur est un diamant conique .
    Pour les faibles duretés, essais B et F le pénétrateur est une bille en acier trempé.

      

 

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.

 

Essai Vickers
Le pénétrateur Vickers est en diamant de forme pyramidale à base carrée. On mesure la moyenne des deux diagonales "d" de l'empreinte laissée par le pénétrateur sur le matériau.

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Essai de résilience

Principe

 

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.

 

Machines présentes au laboratoire

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

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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

Machine présente au laboratoire

 

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.

 

 

 

Machine de fatigue

 

 

 

 

 

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Principe

 

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 sD, 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.

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