Propriétés mécaniques

Formation des enseignants
ET232 : Choix des matériaux
Propriétés mécaniques
Sommaire
Module d’Young ................................................................................................................ 2
Module de cisaillement ........................................................................................................ 2
Module de compressibilité .................................................................................................... 3
Coefficient de Poisson ......................................................................................................... 3
Dureté Vickers................................................................................................................... 3
Limite élastique ................................................................................................................. 3
Résistance à la traction ........................................................................................................ 4
Résistance à la compression .................................................................................................. 4
Allongement ..................................................................................................................... 4
Limite de fatigue ................................................................................................................ 4
Ténacité ........................................................................................................................... 5
Coefficient d’amortissement ................................................................................................. 5
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Module d’Young
Young's modulus
Le module de Young ou module d'élasticité (longitudinale) ou encore module de traction est la
constante qui relie la contrainte de traction (ou de compression) et la déformation pour un matériau
élastique isotrope.
Essai de traction :
=
Dans la zone linéaire (élastique) :
∆l
E : Module d’Young (MPa)
Acier :
Fonte :
Cuivre :
Aluminium :
Bois :
E = 200 000 MPa
E = 60 000 à 160 000 MPa
E = 120 000 MPa
E = 70 000 MPa
E = 9 000 à 20 000 MPa
=
∆
Ces valeurs sont celles du module d'élasticité dans le sens parallèle au fil (bois = matériau anisotrope)
Il existe 3 modules pour les matériaux orthotropes (1 par direction)
Module de cisaillement
shear modulus
Le module de cisaillement ou module de glissement ou encore module de Coulomb est la
constante qui relie la contrainte de cisaillement et la déformation pour un matériau élastique isotrope.
∆
∆x
=> G : Module de cisaillement (MPA)
Acier :
2
S
F
l
M
G = 81 000 MPa
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Module de compressibilité
Compression modulus
La compressibilité est une caractéristique d'un corps, définissant sa variation relative de volume sous
l'effet d'une pression appliquée. C'est une valeur très grande pour les gaz, faible pour les liquides et très
faible pour les solides usuels.
V : volume du corps
1 P : pression exercée sur le corps
Coefficient de Poisson
Poisson's ratio
Le coefficient de Poisson permet de caractériser la contraction de la matière perpendiculairement à la
direction de l'effort appliqué.
l0
l
F
!"# "$/"#
!# $/#
L0
L
F
Dureté Vickers
Vickers hardness
Caractérisée par l’empreinte d’une pyramide à base
carrée en diamant exerçant un effort durant 15
secondes.
. D
Limite élastique
yield stress
Contrainte à partir de laquelle un
matériau commence à se déformer de
manière irréversible.
Re
=
3
∆
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Résistance à la traction
tensile strength
Contrainte maximale lors d’un essai de traction.
=
∆
Résistance à la compression
Compressive strength
Identique à la résistance à la traction mais en compression.
Béton :
20 à 40 MPa
Allongement
Elongation
L’allongement à la rupture ou allongement pour cent
noté A% définit la capacité d’un matériau à s’allonger avant
de rompre lorsqu’il est sollicité en traction.
&% (
. 100
)
=
Limite de fatigue
Endurance limit
Ruptures en service sous des chargements cycliques (effort, couple, contrainte) dont les niveaux sont
bien inférieurs aux caractéristiques mécaniques du matériau (Re, Rm).
Apparition de microfissures.. Après cette
période d'amorçage,, l'une des fissures ou
plusieurs d'entre elles vont se propager dans
toute l'épaisseur de la pièce jusqu'à la rupture
brutale.
Contrainte cyclique maxi permettant de
dépasser 107 cycles.
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∆
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Ténacité
Fracture toughness
La ténacité est la capacité d'un matériau à résister à la
propagation d'une fissure ; cela s'oppose à la fragilité.
L'essai mécanique de ténacité consiste à solliciter une
éprouvette pré-entaillée sur laquelle on amorce une
fissure, par fatigue.
Aluminium :
KC = 35 MPa.m1/2
Verre :
Kc = 0.7 MPa.m1/2
Coefficient d’amortissement
Loss coefficient
Mesure l’aptitude à dissiper l’énergie de vibrations.
Si un matériau est chargé élastiquement, il stocke une énergie
élastique :+ ,
∗
./01
2
par unité de volume.
Si elle est chargée puis déchargée, il dissipe une énergie.
η =
∆U
2π U
Figure 1. Measuring the loss coefficient
Ordre de grandeur
Mécanique flexible : 0.03 – 0.1
Mécanique rigide : 0.7 – 2
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