propriete mecanique

Question 1

Les essais mécaniques consistent à déterminer expérimentalement la relation qui existe entre

Answer 1

une contrainte (𝛔) et la déformation (𝛜) qu’elle engendre dans le matériau.

Question 2

Pour cela, les essais mécaniques permettent d’étudier ces propriétés.
Les divers essais mécaniques peuvent alors évaluer :

Answer 2

La Traction
La Traction biaxiale
La Compression
La Cission
La Pression hydrostatique

Question 3

Déformation élastique

Answer 3

• Lors de l’étirement, la longueur de l’échantillon augmente, tandis que le diamètre de sa section diminue.
• En effet, le volume de l’échantillon reste constant tout au long de l’expérience.
• Par ailleurs, le rétrécissement du diamètre n’est pas homogène, il existe un seuil au-dessus duquel il y a une rupture de l’échantillon.

Question 4

La machine de traction

Answer 4

est utilisée pour tout essai de traction, avec l’échantillon fixé par ses extrémités dans des mors :
- L’échantillon est étiré à vitesse constante
- L’étirement obtenu ainsi que la charge nécessaire sont mesurés durant l’essai - La charge est mesurée à l’aide d’une cellule
- L’étirement est mesuré à l’aide d’un extensomètre
/!\ L’essai est destructif, c’est-à-dire qu’il s’arrête jusqu’à ce que l’échantillon soit rompu (cassé).

Question 5

Les critères importantes de l’échantillon dans les essais de traction sont :

Answer 5

• La section (surface)
• La longueur

Question 6

coefficient de poisson : (ν)

Answer 6

ν=−εL/ ε
rapport entre la retractation perpendiculaire a la direction de traction et l’allongement dans la direction de traction

Question 7

courbe force etirement

Answer 7

Une courbe expérimentale est tracée à l’issue de l’essai, obtenant alors une variation de force (N) en fonction de l’étirement (mm).

Question 8

probleme courbe traction

Answer 8

En revanche la courbe expérimentale ne donne aucune information concernant l’échantillon :
- Volume de l’échantillon ?
- La valeur de la section initiale de l’échantillon avant l’essai ?

Question 9

solution probleme courbe

Answer 9

Ainsi il est nécessaire de normaliser la courbe expérimentale en fonction des paramètres de l’échantillon.
La courbe normalisée est donc la variation de contraintes en fonction de la déformation

Question 10

formule variation contrainte + deformation

Answer 10

• σ = 𝐹 /𝑆0 : correspond à une force appliquée sur une surface, l’équivalent du Pa.
• La contrainte moyenne de la mastication est de 20 MPa (valeur à retenir), soit 20N sur 1𝑚𝑚 .
• ε = ΔL/ L0 : correspond à la réponse du matériau à la contrainte : il se déforme. /!\ La déformation est exprimée en %, sans unité.

Question 11

savoir placer
domaine elastique
domaine plastique
limite elastique
striction

Answer 11

• La partie linéaire de la courbe correspond à la déformation élastique de l’échantillon, c’est-à-dire qu’il y a retour à la structure initiale lorsque la machine relâche l’échantillon.
• La déformation plastique est observée dans l’intervalle de la courbe expérimentale où la courbe n’est plus linéaire (R.0,2 = deformation de 0,2% du materiaux)
• limite elastique : niveau de contrainte a partir duquel une deformation plastique est observée
• contrainte max : contrainte max a la rupture que peut supporter un materiau

Question 12

module de young

Answer 12

• E = Module d’élasticité ou Module de Young du matériau, invariable et propre à chaque famille du matériau, intrinsèque au matériau.
• La courbe s’exprime mathématiquement selon la loi de Hooke :
  σ= 𝐸.ε
• => E correspond au coefficient directeur ou la pente de la partie linéaire de la courbe.
• • L’élasticité d’un matériau importante + E (Module de Young) est petit.
• module d’élasticité des os de la mâchoire est de 20 GPa. (contre 1000 GPa pour le diamant).

Question 13

def consolidation

Answer 13

Contrainte à partir de laquelle la déformation devient plastique, mobilité des dislocations et création de nouvelles dislocations.

Question 14

L’allongement à la rupture

Answer 14

• décalé par rapport au point situé à l’aplomb de la rupture.
• on trace une droite parallèle à la déformation élastique puisqu’au moment de la rupture, il y a récupération de l’énergie élastique emmagasinée, et les deux morceaux du matériau vont chacun récupérer une partie de cette déformation plastique.

Question 15

csq deformation materiaux

Answer 15

Microscopiquement, la déformation du matériau selon une direction fait apparaître des lignes de glissements qui sont toutes parallèles par rapport à la direction de la déformation.
Les glissements sont :
- Irréversibles
- Extrinsèques
- Observés à partir de la limite d’élasticité
- Synonymes de ductilité

Question 16

L’écrouissage def

Answer 16

• Augmentation du nombre de dislocations au sein d’un matériau
• correspond à un phénomène de fragilité.
• L’augmentation du nombre de dislocation engendre des “gênes” avec les autres dislocations, ceci se traduit par une modification de la limite d’élasticité.
• Ainsi la courbe ne présentera pas une limite d’élasticité, mais plusieurs une fois que la déformation plastique est atteinte.

Question 17

deformation homogene et inhomogene

Answer 17

La déformation est homogène dans l’intervalle compris entre la limite d’élasticité et le maximum de la courbe.
Elle devient inhomogène lorsque la striction intervient, entre le maximum de la courbe jusqu’à la fracture de l’échantillon.

Question 18

Notion de ductilité
rupture (ou ca + comment)

Answer 18

La rupture sera toujours dans la zone de striction, cependant elle ne peut pas toujours être localisée du fait de la présence de défauts.
Lors de la déformation plastique, il y a apparition de microporosités, et l’accumulation de ces microporosités entraîne la rupture de l’échantillon.

Question 19

Pour obtenir un matériau ductile, il faut :

Answer 19

• Des dislocations mobiles (les dislocations immobiles rendent le matériau fragile)
• Mécanisme de multiplications des dislocations mobiles
• Présence d’au moins 5 systèmes de glissement indépendants

Question 20

csq ductilite

Answer 20

La ductilité facilite la mise en forme, un auto-accommodement (stabilisation), et enfin la ténacité (capacité d’un matériau à arrêter les fissures).

Question 21

ductilite face centré et centré

Answer 21

La ductilité du système face centrée est supérieure à celle du système centré car les atomes d’un plan donné possèdent une plus grande facilité à glisser sur les atomes d’un autre plan. Finalement la fragilité est définie comme l’opposé de la ductilité.

Question 22

def tenacité

Answer 22

Ténacité : capacité d’un matériau à s’opposer aux propagations des fissures

Question 23

Notion d’énergie

Answer 23

L’énergie élastique peut être stockée dans le matériau lors d’une déformation, elle se calcule par l’aire sous la courbe. Elle est capable de s’opposer à la propagation d’une fissure. En effet, l’énergie stockée dans la ductilité d’un matériau permet de lutter contre la propagation des fissures.
La ténacité est d’autant plus faible que la valeur de la pente est élevée..

Question 24

Compression

Answer 24

Lors d’un essai de compression, la longueur de l’échantillon diminue et la section va au contraire augmenter. Néanmoins la compression est assez différente de la traction, car il faudrait apporter davantage de contraintes pour pouvoir déformer l’échantillon, et contrairement à la traction la longueur intervient dans la compression.

Question 25

flambage

Answer 25

Flambage : instabilité mécanique du matériau lors de la compression
Le flambage est observé lorsque la longueur du matériau est très importante, avec rupture de ce dernier au cours de la compression

Question 26

moment quadratique

Answer 26

Le moment d’inertie ou moment quadratique est la géométrie de la section qui influence le résultat du test.
Les industriels jouent alors sur le moment d’inertie d’un objet pour lutter contre le flambage : Des chaises en carton qui ne se déforment pas ont été mises sur le marché.
Certaines géométries possèdent des moments quadratiques très élevés :
- Tube creux
- Poutre en forme de “I”

Question 27

Flexion

Answer 27

• installer l’échantillon sur ses deux extrémités
• exercer une force sur le milieu de l’échantillon
• moment quadratique intervient également dans ce phénomène.
• Contrairement à la flexion, la contrainte de la flexion n’est pas homogène.
• Des contraintes en compression s’observent au niveau de la concavité de l’échantillon,
• tandis que des contraintes de tension s’observent dans la partie convexe de l’échantillon.
• flexio en orthodontie puisque dent sont réaligné grace au mouveme,y de flexion du fil fixe sur les bagues

Question 28

formule flexion

Answer 28

F = 48 x E x I x δ / L^3
E : Module d’élasticité
I : Moment quadratique
δ: Contraintes à appliquer sur les deux extrémités
- plus facile de déformer un long bâton qu’un bâton plus court
- la hauteur (ou épaisseur) va aussi influencer la facilité à déformer un objet par flexion.

Question 29

durete

Answer 29

► Dureté : La résistance de l’objet à la déformation plastique localisée
La dureté est définie entre autres comme la facilité à rayer la surface d’un matériau. Il est difficile de rayer la surface d’un diamant contrairement à la surface d’un carrelage, la rayure est une déformation plastique en surface.
/!\ La dureté ne concerne que la surface de l’échantillon.
Ainsi un matériau est défini comme “dur” lorsqu’il résiste aux rayures.

Question 30

mesure durete

Answer 30

• un poinçon applique une force à la surface du matériau et la machine calcule la profondeur de la trace.
• plus la dureté d’un matériau est élevée, moins la trace sera profonde.
• si la trace laissée par le poinçon est grande = s’enfonce plus facilement dans le matériau, qui est par conséquent moins dur.
• Les essais de dureté sont normalisés et non-destructeurs, reproductibles et faciles à mettre en œuvre.
• Le poinçon de Vickers est utilisé dans tous les tests de dureté, mesurant la trace de quelques mm à quelques
  nm.

Question 31

norme poincon

Answer 31

La dureté Vickers est un poinçon diamant pyramidal à base carrée et d’angle 136° entre 2 faces opposées. La trace réalisée a une forme carrée. La machine mesure les 2 diagonales, et fait la moyenne des deux.
HV = 1.854 x F / d^2
et d = d1 + d2 / 2
L’unité est le Vickers.

Question 32

Microdureté

Answer 32

• poinçon utilisé sont beaucoup plus petits, et l’empreinte effectuée est pratiquement invisible à l’œil nu car elle est de l’ordre de quelques micromètres.
• En général, les poinçons de Knoop et de Vickers peuvent être utilisés dans les essais de microdureté.
• L’empreinte laissée par le test Knoop est en forme de losange.

Question 33

formule microdurete

Answer 33

HK = 14.24 x F / d^2
/!\ Seule la longueur de la grande diagonale est prise en compte dans cette formule.

Question 34

Les applications de cet essai de microdureté :

Answer 34

• Dureté de différentes phases d’un matériau polyphase
• Dureté des différents constituants d’un matériau composite
• Ténacité d’un matériau fragile
• Caractérisation des couches traitées superficiellement (carbures, nitrures…)
• Mesure de l’écrouissage superficiel d’une pièce
• Mesure de l’adhérence d’une couche superficielle

Question 35

Nanoindentation

Answer 35

L’empreinte laissée est de l’ordre du nanomètre, donc l’observation de celle-ci se fait avec un microscope électronique à balayage. La nanoindentation est plus intéressante que la microdureté, car il est possible de mesurer la contrainte du matériau à la déformation, à la charge, à la décharge, et ainsi calculer le module d’élasticité.
Pour réaliser la nanoindentation, il est possible d’utiliser :
- L’essai de Vickers
- L’essai de Berkovish

Question 36

definition
rigidite
resistant
ductilite
fragilite

Answer 36

rigidite : pente E elevee pendant le regime elastique
resistant : si la contrainte a la rupture Rm est elevee
ductilite : capacité a se deformer de facon permanente sans se rompre
fragilite : rompt en elasticite

Question 37

graphique materiau ductile et fragile

Answer 37

ductile : pourra se deformer plastiquement
fragile : ne se deformera que de maniere elastique

Question 38

resistance en flexion

Answer 38

Problème : dépend des défauts à l’intérieur du matériau (ce qui est le cas dans les céramiques notamment). S’il y
a des défauts dans le matériau, il peut y avoir une concentration de contraintes locales et donc rupture.
La contrainte augmente en descendant.

Question 39

resistance a la fatigue

Answer 39

Problème : possibilité de rupture des matériaux ductiles pour des contraintes appliquées plus faibles que la
charge limite à la rupture.
La limite de fatigue ou limite d’endurance (d) est la limite pour laquelle le matériau ne se fissure pas quel que soit le nombre de cycles imposés. La limite d’endurance pour grande durée de vie est d’environ 10^7 10^8
cycles.