Essai de traction

Un essai de traction est une expérience de physique qui sert à mesurer le degré de résistance à la rupture d'un matériau quelconque.


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  • Essai de traction. C 3. Fig. 1 Exemple d'une éprouvette de traction d0 = Ø partie calibrée d1 = Ø des têtes filetées. L0 = longueur entre repère = 5 d0... (source : storage.canalblog)
courbe de traction typique d'un matériau ductile

Un essai de traction est une expérience de physique qui sert à mesurer le degré de résistance à la rupture d'un matériau quelconque.

Certains objets fabriqués par l'homme doivent avoir un minimum de solidité pour pouvoir supporter les charges, le poids et bien d'autres efforts. L´essai de traction sert à caractériser les matériaux, indépendamment de la forme de l'objet sollicité.

Cet essai ou expérience consiste à placer une petite barre du matériau à étudier entre les mâchoires d'une machine de traction qui tire sur la barre jusqu'à sa rupture. On enregistre l'allongement et la force appliquée, qu'on convertit ensuite en déformation et contrainte.

L'essai de traction donne plusieurs valeurs importantes :

Éprouvette de traction

On peut effectuer les essais sur un barreau cylindrique ou de section rectangulaire (éprouvette plate). L'éprouvette cylindrique permet d'avoir un dispositif symétrique et un dispositif d'accrochage simple (par vissage), l'éprouvette plate sert à voir ce qui se passe sur une face : apparition de lignes de glissement, forme des cristallites (métallographie), mesure de texture par diffractométrie X, …

Les extrémités de l'éprouvette sont élargies, avec un congé, afin d'être sûr que la déformation plastique et la rupture auront lieu dans la partie centrale de l'éprouvette. Les dimensions de l'éprouvette sont normalisées, ce qui n'interdit pas d'utiliser d'autres formes d'éprouvette si l'essai n'a pas besoin de répondre aux normes (par exemple dans le cadre de la recherche et du développement).

Les éprouvettes cylindriques sont généralement obtenues par tournage. Les éprouvettes plates peuvent être obtenues par sciage d'une tôle puis fraisage.

Déroulement de l'essai

Une fois l'éprouvette en place, on applique une légère précharge afin d'être sûr qu'on n'a pas de jeu. Puis, on effectue un déplacement de la travée qui a pour effet d'étirer l'éprouvette, et on mesure l'effort généré par ce déplacement ; le mouvement peut se faire par un dispositif de vis sans fin ou un piston hydraulique, l'effort se mesure par la déformation élastique de la travée ou par un capteur de force inséré dans la ligne de charge.

À partir du déplacement de la travée, on calcule la déformation conventionnelle DL/L0, ainsi qu'à partir de la force, on calcule la contrainte conventionnelle σ en divisant la force par la section d'origine S0 pour obtenir la loi courbe de traction. La courbe de traction rationnelle est définie par la contrainte vraie obtenue en divisant l'effort par la section S au même instant et par la déformation totale Ln (L/L0), intégrale de l'allongement relatif DL/L. Les lois de comportement élastique et plastique sont obtenues en partitionnant la déformation totale en déformation élastique et déformation plastique à partir de la courbe de traction rationnelle.

\varepsilon_\mathrm{t} = \varepsilon_\mathrm{e} + \varepsilon_\mathrm{pl}


L'essai s'arrête à la rupture de l'éprouvette.

Cas d'un matériau ductile

Tout d'abord, la déformation est élastique. La courbe de traction est par conséquent une droite, la pente de cette droite donne le module de Young E.

À partir d'un certain allongement, la courbe s'infléchit : c'est le début de la déformation plastique. La transition peut être franche (rupture de pente), ce qui sert à déterminer aisément la limite d'élasticité conventionnelle Re définie par la contrainte donnant 0, 2 % de déformation résiduelle, Re 0, 2.

La courbe de traction présente ensuite un maximum qui détermine la contrainte de rupture en traction conventionnelle Rm. À partir de ce point, la déformation est concentrée dans une zone, c'est la striction («étranglement»)  ; la rupture a ensuite lieu dans la zone de striction, pour une valeur de contrainte bien supérieure à la valeur conventionnelle. La courbe de traction rationnelle est elle toujours croissante.

Éprouvette entaillée

L'essai de traction sur une éprouvette entaillée d'un matériau ductile permet d'évaluer sa résistance. Pour une même section minimale, l'effort maximum est supérieur à celui de l'éprouvette lisse. On en déduit deux informations importantes :

-En comparant la contrainte nominale à la limite de rupture en traction, on obtient une sous estimation de la résistance d'une structure.

-Le mode de ruine de l'éprouvette lisse est l'instabilité, la striction correspond à une bifurcation.

Cas d'un matériau fragile

Dans le cas d'un matériau fragile, la rupture survient en fin de domaine élastique.

Résistance à la traction

Dans un mécanisme ou une structure, les pièces doivent conserver leurs dimensions. La limite acceptable pour la contrainte nominale est par conséquent la limite élastique Re. On lui applique un cœfficient de sécurité s (ou quelquefois noté n), généralement entre 2 et 5 ; on définit alors la limite pratique élastique Rpe :

R_{pe} = \frac{R_e}{s}.

La conception sur le cas de charge limite est par conséquent validée si, pour l'ensemble des structures en traction, on a

σ < Rpe.

Le cœfficient de sécurité dépend des règles de l'art du domaine concerné ou bien de normes. Généralement, on a :

La conception sur le cas de charge ultime est validée en comparant la contrainte nominale à la limite de rupture en traction.

Pour les matériaux fragiles, on se base sur la contrainte à la rupture, le cœfficient de sécurité est par conséquent plus élevé.

Normes

Les essais de traction doivent généralement respecter les prescriptions de normes qui définissent la forme, les dimensions, les vitesses d'essai, l'étalonnage de la machine, l'exactitude des appareils, la définition des caractéristiques, les informations à indiquer dans un rapport d'essai. Pour les matériaux métalliques la norme de référence est la NF EN 10002-1 : Matériaux métalliques - Essai de traction - Partie 1 : méthode d'essai à température ambiante.

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Liens externes

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La version présentée ici à été extraite depuis cette source le 11/11/2010.
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