Allongement à là rupture
L’allongement à la rupture ou allongement pour cent noté A% est une
caractéristique sans dimension des matériaux. Elle définit la capacité d’un matériau à
s’allonger avant de rompre lorsqu’il est sollicité en traction. A% se détermine par un
essai de traction.
-Un allongement à la rupture élevé caractérise
un matériau ductile ; le polyester (250 < A% <
1 500) par exemple peut être étiré de 15 fois
sa longueur initiale avant de rompre.
-Un allongement à la rupture faible
caractérise un matériau fragile ; une fonte
GJL (0,3 < A% < 0,8) rompt alors qu’elle ne
s’est presque pas allongée. Ainsi une poutre
en fonte de 1 m de long aura rompu avant
d’être allongée de 8 mm.
-Peu de temps avant la rupture, apparaît un
phénomène de striction ; ce phénomène se
caractérise par le coefficient de striction Z%
qui mesure la réduction de section après
rupture par rapport à la section initiale.
Le coefficient de Poisson
Le coefficient de Poisson permet de caractériser la contraction de la matière
perpendiculairement à la direction de l'effort appliqué.
Le coefficient de Poisson ν fait partie des constantes élastiques. Il est compris entre 0
et 0,5 : 0,5 est la valeur limite pour un corps chauffé devenant alors liquide
(incompressible). Les valeurs expérimentales obtenues pour un matériau quelconque
sont souvent voisines de 0,3.
Contràinte de cisàillement
Une contrainte de cisaillement τ est une contrainte appliquée de manière parallèle
ou tangentielle à une face d'un matériau, par opposition aux contraintes normales qui
sont appliquées de manière perpendiculaire. C'est le rapport d'une force à une
surface, qui possède donc la dimension d'une pression, exprimée en pascals ou pour
les grandes valeurs en (MPa).
Deformàtion d'un màteriàu
La déformation des matériaux caractérise la manière dont réagit un matériau quand
il est soumis à des sollicitations mécaniques. Cette notion est primordiale dans la
conception (aptitude de la pièce à réaliser sa fonction), la fabrication (mise en forme
de la pièce), et le dimensionnement mécanique (calcul de la marge de sécurité d'un
dispositif pour éviter une rupture).
La capacité d'une pièce à se déformer et à résister aux efforts dépend de trois
paramètres :



la forme de la pièce,
la nature du matériau;
des processus de fabrication : traitement thermique, traitement de surface, etc.
L'influence de la forme de la pièce est étudiée en mécanique des milieux continus
(MMC).
Caractérisation
On caractérise mécaniquement un matériau par sept propriétés identifiables et
mesurables : Chacune de ces caractéristiques fait l'objet de tests ou de mesures
normalisés et bien définis.
Élasticité : capacité du matériau à se déformer élastiquement et de manière
réversible.
On tire sur une éprouvette; et on mesure le rapport Effort/Déformation caractérisation : module de Young E exprimé en GPa ;
Résistance : capacité du matériau à résister à la rupture
On tire sur une éprouvette jusqu’à rupture. Caractérisation : Résistante mécanique
notée Rm , Résistante élastique notée Re exprimés en MPa;
Ductilité: capacité du matériau à se déformer plastiquement, de manière irréversible.
On tire sur une éprouvette dans la limite de plasticité et on mesure l'allongement caractérisation : Allongement ou striction A % ;
Ténacité : capacité à résister à la propagation d'une fissure.
Dureté : Capacité d'un matériau à résister à la pénétration.
On mesure la pénétration d'un pénétrateur (bille, diamant, pointe, etc.) pour une
force donnée - Caractérisation : Mesure en unité spécifique : dureté Vickers, Brinell,
Rockwell suivant le type de test effectué.
Résilience : capacité d'un matériau à résister au choc
On mesure l’énergie cinétique nécessaire pour briser une éprouvette avec un mouton
de Charpy - . Caractérisation : notée KV Elle s'exprime en J/cm² .
Résistance à la fatigue : capacité d'un matériau à résister à de nombreuses
sollicitations
On fait subir à une éprouvette un cycle alterné de traction/ compression jusqu’à
rupture - caractérisation : Ratio de la résistance mécanique cycle/unitaire exprimé en
%;
Ductilite
En résistance des matériaux, la ductilité désigne la capacité d'un matériau à se
déformer plastiquement sans se rompre. La rupture se fait lorsqu'un défaut (fissure
ou cavité), induit par la déformation plastique, devient critique et se propage. La
ductilité est donc l'aptitude d'un matériau à résister à cette propagation. S'il y résiste
bien, il est dit ductile, sinon il est dit fragile.
Là màlleàbilite
La malléabilité est la raison pour laquelle on peut laminer (rouleau compresseur) un
matériau, le forger (martèlement), ou découper facilement une faible épaisseur. L'or,
l'argent et le plomb sont des métaux très malléables ou ductiles.
La ductilité est une propriété conditionnée par la malléabilité. "La malléabilité est le
premier indice de la ductilité ;
Durete (màteriàu)
La dureté d'un matériau définit la résistance qu'oppose une surface de l'échantillon
à la pénétration d'un poinçon, par exemple une bille en acier trempé (dureté Brinell)
ou une pyramide en diamant (dureté Vickers). S'il y résiste bien, il est dit dur, sinon il
est dit mou. La dureté se mesure sur différentes échelles selon le type de matériau
considéré.
Mesures de dureté par pénétration
Il s'agit des essais les plus couramment pratiqués. Le principe est toujours identique :
un pénétrateur indéformable laisse une empreinte dans le matériau à tester. On
mesure les dimensions de l'empreinte et on en déduit la dureté.
Essai de Dureté Vickers
La mesure de dureté Vickers se fait avec une pointe pyramidale normalisée en
diamant de base carrée et d'angle au sommet entre faces égal à 136°. L'empreinte a
donc la forme d'un carré ; on mesure les deux diagonales d1 et d2 de ce carré à l'aide
d'un appareil optique. On obtient la valeur d en effectuant la moyenne de d1 et d2.
C'est d qui sera utilisé pour le calcul de la dureté. La force et la durée de l'appui sont
également normalisées.
Essai de Dureté Brinell
L'essai consiste à faire pénétrer en appliquant une force F un pénétrateur ayant une
forme de bille diamètre D, généralement du carbure poli, dans un métal afin d'en
déduire la dureté du matériau.
Fàtigue (màteriàu)
La fatigue est un processus (succession de mécanismes) qui sous l'action de
contraintes ou déformations variables dans le temps modifie les propriétés locales
d’un matériau. Ces dernières peuvent entraîner la formation de fissures et
éventuellement la rupture de la structure. La fatigue est notamment caractérisée par
une étendue de variation de contrainte qui peut être bien inférieure à la limite
d'élasticité du matériau. Les étapes principales de la ruine par fatigue d'un
assemblage sont l’amorçage de fissures (si des défauts ne sont pas déjà présents dans
le matériau), la propagation de fissures et la rupture finale.
Les paramètres souvent utilisés pour prédire le comportement en fatigue et ainsi le
nombre de cycles à la rupture d'une structure sont : l'amplitude de la sollicitation
(chargement ou déformation imposée), sa valeur moyenne, l'état de surface et le
milieu dans lequel la structure sera utilisée.
Amortissement physique
En physique, l'amortissement d'un système est une atténuation de ses mouvements
par dissipation de l'énergie qui les engendre. Il peut être lié de diverses manières à la
vitesse.
Limite d'elàsticite
La limite d'élasticité est la contrainte à partir de laquelle un matériau arrête de se
déformer d'une manière élastique, réversible et commence donc à se déformer de
manière irréversible.
Pour un matériau fragile, c'est la contrainte à laquelle le matériau se rompt,
notamment du fait de ses micro-fissures internes. Le critère de Griffith permet alors
d'estimer cette contrainte-seuil.
Pour un matériau ductile, c'est la zone en rouge sur le graphique ci-contre, au-delà
du domaine élastique E représenté en bleu dans lequel l'augmentation de la
contrainte donne une déformation réversible à la suppression de cette contrainte (et
souvent assez linéaire en fonction de cette contrainte). Les déformations subies audelà de la limite d'élasticité restent permanentes, ce sont des déformations plastiques.
Elles se mesurent ou se vérifient habituellement à l'aide d'un essai de traction.
Le module d'elàsticite
Le module d'élasticité (souvent appelé « module élastique ») est une grandeur
intrinsèque d'un matériau, définie par le rapport de la contrainte à la déformation
élastique provoquée par cette contrainte. La déformation est exprimée comme une
grandeur sans dimension. L'unité pratique souvent usitée du module est le MPa.
Selon le type de déformation, le module d'élasticité d'un matériau peut être :

le module de Young ou de traction, d'élasticité longitudinale, de compression, de
flexion (Ef), souvent appelé simplement « module d'élasticité » (E) ;
Le module de Young est la contrainte mécanique qui engendrerait un allongement
de 100 % de la longueur initiale d'un matériau (il doublerait donc de longueur), si l'on
pouvait l'appliquer réellement : dans les faits, le matériau se déforme de façon
permanente, ou se rompt, bien avant que cette valeur ne soit atteinte. Le module de
Young est la pente initiale de la courbe de déformation-contrainte.
Un matériau dont le module de Young est très élevé est dit rigide. L'acier, l'iridium,
le diamant, sont des matériaux très rigides, l'aluminium et le plomb le sont moins.
Les matières plastiques et organiques, les mousses sont généralement peu rigides, on
dit qu'elles sont souples, élastiques ou flexibles (pour un effort de flexion).
N. B. Ne pas confondre :
- Rigidité et résistance : la résistance mécanique d'un matériau est caractérisée par sa
limite d'élasticité et/ou sa résistance à la traction ;
- Rigidité et raideur : la raideur d'une poutre (par exemple) dépend de son module de
Young (de sa rigidité) mais aussi du rapport de sa section à sa longueur. La rigidité
caractérise les matériaux, la raideur concerne les produits et les constructions : une
pièce mécanique massive en matière plastique peut être beaucoup plus raide qu'un
ressort en acier ;
- Rigidité et dureté : la dureté d'un matériau définit la résistance relative qu'oppose sa
surface à la pénétration d'un corps plus dur.

le module de cisaillement ou d'élasticité tangentielle, de torsion (Gto), etc. (G) ;
En résistance des matériaux, le module de cisaillement, aussi appelé module de
glissement, module de Coulomb ou second coefficient de Lamé, est une grandeur
physique intrinsèque à chaque matériau et qui intervient dans la caractérisation des
déformations causées par des efforts de cisaillement.


le module d'élasticité isostatique ou de compressibilité, de compression en
flambage, etc. (K) ;
le module d'onde de compression ou d'onde plane (L4 ou M).
Rugosite
La rugosité est une caractéristique de l’état de surface d'un matériau solide. C'est
aussi un paramètre d'un écoulement se produisant sur ce matériau. Elle est
susceptible de recevoir plusieurs acceptions techniques
Tenàcite
La ténacité est la capacité d'un matériau à résister à la propagation d'une fissure ;
cela s'oppose à la fragilité. On peut définir la ténacité comme étant la quantité
d'énergie qu'un matériau peut absorber avant de rompre1. Les matériaux pouvant se
déformer plastiquement ont donc une plus grande ténacité que les matériaux à
déformation uniquement élastique comme le verre.
Là resilience
La résilience est la capacité d'un matériau à absorber de l'énergie quand il se
déforme sous l'effet d'un choc (déformation rapide).
Écrouissàge
L'écrouissage d'un métal est le durcissement d'un métal sous l'effet de sa
déformation plastique (définitive). Ce mécanisme de durcissement explique en
grande partie les différences entre les pièces métalliques obtenues par corroyage
(c'est-à-dire par déformation plastique : laminage, tréfilage, forgeage) et les pièces de
fonderie.
L'écrouissage ne se produit que sur les matériaux ductiles et dans le domaine
plastique.
Il ne concerne donc que les métaux, à l'exclusion des matières plastiques, des
élastomères, des verres et des céramiques. Par ailleurs, ce phénomène est restreint
aux métaux :
-
-
non-fragiles : cela exclut les métaux à basse température (en dessous de la
température de transition fragile-ductile) et les métaux non-plastifiables (par
exemple les aciers martensitiques et certaines fontes) ;
ne présentant pas de comportement rhéologique : cela exclut les vitesses de
déformation très lentes (fluage) et les applications à haute température.
L'écrouissage correspond aux modifications que subit le métal lorsque les
contraintes qui lui sont appliquées sont suffisamment fortes pour provoquer des
déformations plastiques, permanentes. Ces modifications sont d'ordre métallurgique
(modification de la structure interne du métal) et ont généralement une influence sur
ses propriétés mécaniques.
L'écrouissage se caractérise par une augmentation de la limite d'élasticité et de la
dureté ; le matériau devient aussi plus fragile. Suivant les métaux considérés, les
propriétés mécaniques peuvent évoluer vers une augmentation de la résistance (cas
des aciers alliés) jusqu'à un certain point (seuil de rupture), ou à l'inverse vers sa
diminution (cas des aciers peu alliés).
Critere de plàsticite
Un critère de plasticité, ou critère d'écoulement plastique, est un critère permettant
de savoir, sous des sollicitations données, si une pièce se déforme plastiquement ou si
elle reste dans le domaine élastique. De nombreux essais ont montré que l'on pouvait
utiliser deux critères principaux : le critère de Tresca-Guest ou le critère de Von
Mises. En résistance des matériaux, on désire parfois rester dans le domaine
élastique, on parle alors de critère de résistance.
La contrainte de comparaison n'est pas une contrainte réelle existant à un instant
donné à l'intérieur d'un solide, mais est utilisée en mécanique pour prédire la
rupture. Néanmoins, la plupart des ingénieurs l'utilisent pour déterminer si un
champ de contrainte donné dans une pièce est acceptable ou non. On parle aussi de
contrainte équivalente ou de contrainte effective. Elle découle des critères de
plasticité.
Cette contrainte est comparée à la limite d'élasticité ou encore la contrainte de
rupture obtenue par essai de traction.