Chapitre 1.caracterisation-Mecanique-Des-Materiaux
Chapitre 1.caracterisation-Mecanique-Des-Materiaux
Chapitre 1.caracterisation-Mecanique-Des-Materiaux
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Caractérisation mécanique des matériaux
Chap1. Caractérisation mécanique des matériaux
1. Introduction
Pour fabriquer diverses structures, l’ingénieur à besoin de connaître le comportement mécanique
des matériaux utilisés. Ce sont les essais de caractérisation mécanique qui peuvent lui fournir ces
données nécessaires.
2. Essai de traction
L’essai de traction est le moyen le plus couramment employé pour caractériser le comportement
mécanique d’un matériau sous une sollicitation progressive à vitesse de chargement faible ou
modérée. L’essai permet, en outre, l’étude et l’identification des mécanismes physiques de
déformation plastique. Cette dernière, gouverne le processus majeur de mise en forme, par ou
sans enlèvement de matière, des matériaux dans la plupart des procédés de fabrication utilisés
dans l’industrie mécanique.
2.3 Eprouvette
La forme et les dimensions des éprouvettes dépendent de la forme et des dimensions des
produits dont on veut déterminer les caractéristiques mécaniques. L’éprouvette est
généralement obtenue par usinage d’un prélèvement d’un produit ou d’une ébauche moulée.
Cependant, les produits de la section constante (profilés, barres, files, etc.), ainsi que les
éprouvettes brutes de fonderie (par exemples : fontes, alliages non ferreux) peuvent être
soumises à l’essai sans être usinées.
Chap1. Caractérisation mécanique des matériaux
Tous les paramètres qui sont déduits de l’essai de traction traduisent les propriétés du matériau
dans la direction de l'essai. Ces valeurs dépendent donc de la direction de prélèvement de
l'éprouvette par rapport à d'éventuelles directions d'anisotropie (par exemple en carrosserie, la
direction de laminage de la tôle mince). Pour les tôles laminées, la direction de prélèvement
doit donc toujours être précisée :
Machine de traction
2.4 Exécution de l’essai
Une machine de traction est constituée d’un bâti rigide équipé d’un travers fixe à laquelle est
fixée l’une des têtes de l’éprouvette ; l’autre extrémité de l’éprouvette est fixée à une traverse
mobile. Le mouvement de la traverse mobile est assuré soit par une commande hydraulique,
soit des vis sans fin. La charge imposée à l’éprouvette est mesurée par un dynamomètre, et
l’allongement par un extensomètre. Ceci, permettra d’aboutir à des résultats d’enregistrement
de la courbe brut de traction, F=F(Δl), caractéristique de l’échantillon et de sa géométrie.
Rupture ductile
N/mm2= MPa
Cas d’un à comportement fragile : Dans le cas d'un matériau fragile, la rupture survient
en fin de domaine élastique. L'allongement à la rupture est nul ou très faible. On ne peut
déduire de la courbe que le module de Young E, et la résistance à la traction Rm.
La courbe conventionnelle est donc obtenue à partir d’enregistrement F-Δl effectué lors de
l’essai en rapportant la force à la section initiale pour raisonner en terme de contrainte, et en
rapportant l’allongement à la longueur initiale pour raisonner en termes d’allongement relatif.
On obtient ainsi une courbe intrinsèque au matériau, indépendante des dimensions de
l’éprouvette utilisée.
σ = E.ε
Les contraintes s’exprimant en MPa (ou N/mm2) et les déformations étant sans dimensions, le
coefficient E, appelé module d’élasticité à la traction ou module de Young du matériau,
s’exprime en MPa.
ν = retrecissement/allongement
La valeur du rapport de Poisson est le négatif du rapport entre la souche transversale et la souche
axiale. Pour les petites valeurs de ces changements, c’est la quantité d’expansion transversale
divisée par la quantité de compression axiale. La plupart des matériaux ont des valeurs de ratio
de Poisson allant de 0,0 à 0,5. Les matériaux incompressibles tels que le caoutchouc, ont un
rapport près de 0,5.
Récapitulatif
Courbe de traction :
Pour un grand nombre de matériaux, comme les métaux et les alliages, les courbes obtenues
présentent une zone, appelée domaine élastique, où le graphe est une droite (segment OA). Pour tous
les points de cette droite la déformation est proportionnelle à la contrainte et le matériau est
parfaitement élastique se comporte comme un ressort parfait). Physiquement, la contrainte modifie
très légèrement, et de manière réversible, les distances entre les atomes du matériau.
Limite élastique Re (MPa) : elle marque la fin du domaine élastique (point A). Pour les
valeurs supérieures le matériau ne se déforme plus élastiquement mais plastiquement (l’éprouvette
ne retrouve plus ses dimensions initiales après déchargement, il subsiste un allongement permanent).
Physiquement, la contrainte atteint une valeur critique permettant d’activer un mécanisme
élémentaire de déformation irréversible.
Allongement A% : allongement pour cent après rupture. A% = 100. (ΔLu/L0). (avec ΔLu
allongement ultime rémanent mesuré après rupture).
Ductilité : c’est l’aptitude qu’a un matériau à se déformer plastiquement sans se rompre. Elle
est caractérisée par l’allongement A% (plus A% est grand, plus le matériau est ductile). Si A%
≥ 5% le matériau est considéré comme ductile. Si A% < 5% le matériau est considéré comme
fragile.
contrainte (MPa)
Application
Sur la figure ci‐dessous est représentée la courbe de traction d’un alliage métallique.
Déterminer :
[1] Le module de Young E
D’après la loi de Hook σ= E.ε, donc E n’est autre que la pente de la partie élastique de la
courbe, Au point de la limite élastique Re= E. εe donc E= Re /εe
3. Essai de compression
Un essai de compression mesure la résistance à la compression d'un matériau sur une machine
d’essais mécanique suivant un protocole normalisé. Les essais de compression se font souvent sur le
même appareil que l'essai de traction mais en appliquant la charge en compression au lieu de l'appliquer
en traction.
L’essai de compression consiste à soumettre une éprouvette de forme cylindrique, placée entre les
plateaux d’une presse, à deux forces axiales opposées.
Si le matériau étudié est ductile, la rupture ne peut être atteinte avec ce test.
L’essai de compression est surtout utilisé pour déterminer la contrainte de rupture des matériaux fragiles
(comme les céramiques) qui sont difficiles à usiner pour un essai de traction.
Courbe de compression
L'essai de compression commence par une région linéaire où la déformation est proportionnelle à la
La région linéaire se termine au point limite d'élasticité. Au-dessus de ce point, le matériau subit
une déformation plastique et ne revient pas à sa longueur initiale une fois que la charge est retirée.