1- Essai de traction

Pourquoi :
L'essai de traction est le plus couramment utilisé en RDM. Il sert à déterminer des caractériqtiques mécaniques de premier plan entrant la plupart des cas de sollicitation de pièces mécaniques : Limite élastique (de traction) Re, Limite de Rupture Rr, Allongement relatif A%, etc.

Eprouvette : La pièce d'essai ou éprouvette, est un cylindre épaulé dont toutes les dimensions doivent être maîtrisées. Ce cylindre possède une zone de mesure de diamètre constant sur laquelle 2 repères sont marqués.

Eprouvette en détail

Modalité de l'essai : L'éprouvette est placée dans une machine d'essai (ci-dessous). Cette dernière génère, à chaque extrémité, un effort de traction pendant qu'un extensomètre positionné sur la longueur de référence, mesure l'allongement. - On fait croître lentement l'effort de traction. L'éprouvette commence à se déformer. A ce stade elle se comporte comme un ressort, la déformation est élastique. Si la machine n'exerce plus de traction, la longueur initiale est retrouvée. - Un premier seuil d'effort est atteint. La déformation devient alors permanente ou plastique. A ce stade l'éprouvette ne peut plus, quoi qu'il arrive, revenir à sa longueur initiale. - L'effort croît encore et un second seuil est atteint. Il apparaît une striction visible de l'éprouvette : réduction de son diamètre dans sa zone fragile. La déformation s'accélère alors que l'effort de traction nécessaire à l'allongement diminue. - Un dernier seuil est franchi, c'est la rupture de l'éprouvette dans la zone où la section est la plus faible.

Simulation

Vidéo de l'essai Get the Flash Player to see this player.

Exploitation :
L'essai permet de mettre en évidence l'évolution de la déformation en traction pour un matériau donné. La courbe ci-dessous correspond à cette évolution par exemple pour acier "doux" mais d'autre courbes existent...

Acier dur

Acier très dur

Alliage d'aluminium

L'essai de traction :

montre une déformation linéaire dans le domaine élastique.

rappelle que la poutre peut revenir dans ce cas à son état initial.

montre une zone incertaine entre domaine élastique et plastique.

quantifie la limite élastique à l'extension Re (en MPa).

montre la zone de déformation du domaine plastique.

rappelle qu'ici la poutre ne peut plus revenir à son état initial.

permet la quantification de la limite de rupture Rr (en MPa)

quantifie l'allongement A% conventionel.

quantifie le coefficient de poisson.

2- Essai de compression

Pourquoi :
L'essai de compression est plus rare que celui de traction et ne trouve son utilité que pour certains matériaux comme la fonte, le bois ou le béton. Il sert, tout comme celui de traction à déterminer des caractériqtiques mécaniques de premier plan : Limite élastique Rc (de compression).

Exploitation :
L'essai permet de mettre en évidence l'évolution de la déformation en compression pour un matériau donné. C'est une courbe proche de celle produite par l'essai de traction. Celle montrée ci-dessous montre cette évolution pour acier "doux"...

L'essai de compression :

montre une déformation linéaire dans le domaine élastique.

rappelle que la poutre peut revenir dans ce cas à son état initial.

montre une zone incertaine réduite domaine élastique / plastique.

quantifie de la limite élastique à la compression (en MPa) Rc > Re.

montre la zone de déformation du domaine plastique.

rappelle qu'ici la poutre ne peut plus revenir à son état initial.

3- Essai de flexion

En cours de développement

4- Essai de cisaillement

En cours de développement

5- Essai de dureté

Pourquoi :
On a constaté que des pièces, après usage, avaient subi des déformations superficielles permanente alors qu'elles étaient supposées "travailler" dans le domaine élastique du matériau (voir essai de traction). La résistance d'un matériau n'est donc pas la même en surface et en pleine matière.

En outre, on a constaté que plus l'appui des efforts était réduit et plus cette déformation observée est accentuée. La dimension de la surface d'appui possède donc aussi son importance. Bien qu'il existe sans doute un lien étroit entre la résistance mécanique et la dureté, les deux phénomènes n'induisent pas les mêmes conséquences.

Eprouvette :
Il y a ici plusieurs pièces d'essai ou éprouvettes.

La première, celle qui subit la défomration qui va être mesurée. C'est un parallépipède usiné. Ses dimensions sont maîtrisées mais seule une surface plane sert de zone d'essai.

La seconde est une pièce beaucoup plus dure que la première. C'est elle qui va générer la déformation par contact avec la première. Ses formes varient en fonction de la dureté supposée de la pièce de mesure. ainsi pour des matériaux "tendres", une bille d'acier très dur est utilisée. Pour des matériaux déjà durs ou très durs, Un cône ou un pyramide en diamant industriel est utilisé.

Modalité de l'essai :
La machine d'essai possède un principe identique à celui d'une presse. Les éprouvettes forment ainsi deux matrices qui vont agir l'une sur l'autre.

- L'éprouvette de mesure est placée sous celle de déformation (fonction du matériau à tester).

- les deux éprouvettes sont pressées l'une contre l'autre avec un effort important et maîtrisé.

- L'effort est ensuite stoppé et l'éprouvette de déformation est relevée.

- L'éprouvette de déformation est très dure, sa déformation est négligeables.

- Une empreinte est apparue sur l'éprouvette de mesure, c'est une déformation permanente.

- De ses dimensions mesurées par lecteur de profil, dépendent les résultats de l'essai.

Exploitation :
Quelque soient les modalités de l'essai, une seule caractéristique en découle : La dureté.

Toutefois, les ordres de grandeur sont tout à fait différents entre un matériau "tendre" et un matériau "dur ou très dur". C'est pourquoi il y a une échelle pour chaque modalité :

- La dureté BRINELL notée : Hb, déstinée aux matériaux "tendres" (la plus utilisée).

- La dureté ROCKWELL cône notée : HRC, déstinée aux matériaux "durs ou très durs".

- La dureté VICKERS notée : Hv, déstinée aussi aux matériaux "durs ou très durs".

Quoi qu'il en soit, bien que la déformation soit permanente, l'essai de dureté met en évidence comme dans d'autres essais, un phénomène de retrait élastique.

6- Essai de résilience

Pourquoi :
La résistance d'un matériau varie beaucoup suivant la vitesse d'application de la charge. Ainsi un acier dur, trempé, résiste très bien à un effort important appliqué lentement, de façon progressive, alors qu'il casse brusquement sous un effort appliqué très vite.

Le choc d'un solide contre un autre produit un effort appelé force de percussion, qui dure pendant un temps très court (0,01 s).

Modalité de l'essai :
La machine généralement utilisée pour cet essai est un "mouton pendulaire ou Charpy" (voir ci-dessous). Elle possède donc un pendule oscillant permettant de casser l'éprouvette par un choc. L'éprouvette est placée dans la machine d'essai, exactement sur la trajectoire du pendule.

Exploitation :

- Par la différence de hauteur entre départ et arrivée (dans le premier cycle d'oscillation), l'essai permet de mettre en évidence la présence d'une énergie qui est absorbées lors de la rupture de l'éprouvette.

- Cette énergie est le travail d'une force (voir énergétique dans ce même centre d'intérêt) ; celui de la force de percussion.

- On appelle donc la résilience (la résistance aux chocs) K d'un matériau :

7- Essai de fatigue

Pourquoi :
La plupart des constructions sont soumises à des efforts d'intensité variables. Ces efforts peuvent avoir toujours le même sens ou être alternativement dirigés dans un sens ou un autre.

On a constaté que sur des pièces sousmises à des efforts alternatifs, des ruptures se produisent bien que la limite élastique du matériau (voir essai de traction) ne soit jamais atteinte à aucun endroit dans dans la pièce.

On dit alors que la rupture s'est produite par fatigue. Cet essai aussi appelé essai d'endurance, permet donc de déterminer la résistance aux efforts alternatifs.

Eprouvette :
La pièce d'essai ou éprouvette, est très simple. Il s'agit d'une tige cylindrique assez longue dont toutes les dimensions doivent être maîtrisées.

Modalité de l'essai : Ce qui suit est le descriptif d'un essai de flexion simple alternée. Le principe peut toutefois être transposé à d'autres sollicitations (flexion pure alternée, traction/compression alternée, etc.)

Exploitation :
En faisant plusieurs réglages d'amplitude de déformation, on obtient plusieurs nombres de cycles pour lesquelles l'éprouvette casse. On rassemble ces données sous forme d'une courbe appelée la courbe d'endurance ou de Wöhler (ci-dessous pour un acier).

L'essai de fatigue :

	montre que quand la contrainte appliquée décroît, l'éprouvette est plus endurantes.
	met en évidence la limite de fatigue : , valeur de contrainte pratiquement sans rupture.
	montre que la vitesse de rotation du vilebrequin lors de l'essai n'a aucune influence sur le nombre de cycles avant rupture.