Qu'est-ce que la courbe contrainte-déformation : graphique et types

Lorsqu'une pièce est fabriquée, la pièce à usiner est soumise à différentes forces, telles que la contrainte et la déformation. Ces deux termes ont une signification profonde, ce qui nous aide à déterminer leur importance.

Si vous souhaitez également tout comprendre sur les courbes contrainte-déformation, le guide ci-dessous contient tout ce qu'il faut. Alors, lisons.

Qu'est-ce que la contrainte ?

La contrainte est un type de force appliquée au matériau. Elle présente également les différents types de réactions qu'un matériau peut avoir lorsqu'il est soumis à une force. Il existe deux types de contraintes, comme expliqué ci-dessous.

Contrainte de traction

La contrainte de traction est appliquée aux matériaux lorsqu'ils sont allongés et étirés en longueur. Un exemple consiste à étirer une tige pour augmenter sa longueur. Lors d'une contrainte de traction, le matériau est tiré des deux côtés.

Contrainte de compression

La contrainte de compression est appliquée aux matériaux lorsqu'ils sont comprimés et que, sous l'effet de la compression, leur taille est réduite. La force est appliquée des deux côtés de manière égale.

Qu'est-ce que la déformation ?

La déformation désigne la déformation qui se produit dans la pièce à usiner lorsqu'elle est soumise à une force. La modification de la forme et des dimensions des matériaux est causée par la force appliquée lors de la déformation. Il existe deux types de déformations.

Déformation de traction

En déformation de traction, le matériau est allongé sous l'effet de la pression appliquée, ce qui provoque une déformation.

Déformation de compression

La déformation de compression est appliquée au matériau, ce qui le déforme par compression, avec une taille réduite.

Qu'est-ce qu'une courbe contrainte-déformation ?

La courbe contrainte-déformation est un graphique qui montre l'évolution de la contrainte lorsque la déformation augmente.

Elle est très largement utilisée en fabrication pour comprendre la nature des matériaux. Elle aide à déterminer le comportement du matériau, qui est ductile en fonction de la contrainte.

Les courbes contrainte-déformation sont destinées aux matériaux fragiles et durs, mais qui devraient être ductiles. Voici une courbe contrainte-déformation.

Pourquoi la courbe contrainte-déformation est-elle importante ?

La courbe contrainte-déformation est importante car elle fournit aux ingénieurs les paramètres essentiels requis pour la conception. Ce graphique présente diverses propriétés mécaniques telles que le point de limite d'élasticité, la ténacité, l'élasticité et l'allongement.

Explication du graphique contrainte-déformation

Le graphique contrainte-déformation comporte plusieurs éléments, chacun ayant son importance. Vous trouverez ci-dessous un aperçu détaillé de chacun de ces éléments.

Limite de proportionnalité

La limite de proportionnalité est le point final de la partie linéaire de la courbe ; c'est le module de Young que l'on peut déterminer en calculant la pente.

Limite d'élasticité

Elle représente le point de déformation élastique.

Point de limite d'élasticité

Le point de limite d'élasticité est aussi une limite élastique, mais il peut être calculé.

Point de contrainte ultime

C'est la contrainte maximale sur la courbe, après laquelle la striction commence. Il est très important de s'assurer qu'il se situe au point culminant de la courbe, après lequel le matériau peut se rompre.

Point de rupture

Le point de rupture est le point de la courbe auquel on observe la déformation du matériau, et où il est soit fracturé, soit rompu.

Loi de Hooke

La loi de Hooke explique le concept d'élasticité et comment la force peut soit comprimer, soit étendre l'objet. Elle considère l'élasticité sur une distance donnée, qui est proportionnelle à la force. Plus la force est élevée, plus la distance est grande. La formule de la loi de Hooke est donnée ci-dessous.

La loi de Hooke stipule que, dans la plupart des métaux, plus la force interne est grande, plus les variations de longueur sont importantes. Cela signifie que la contrainte et la déformation sont directement proportionnelles. Les métaux ne possèdent une élasticité que dans une certaine mesure.

Comment lire le graphique ?

La courbe contrainte-déformation peut être lue de la manière suggérée ci-dessous.

• Sélectionnez la valeur de la contrainte sur l'axe des ordonnées.
• Tracez une ligne horizontale devant l'axe des ordonnées pour la faire intersecter avec la ligne de la courbe et marquez ce point.
• Tracez une ligne verticale, puis depuis le point d'intersection jusqu'à l'axe des abscisses ; ces lignes formeront un angle droit.
• La valeur relevée lors de la première étape de contrainte montre que la contrainte traduit la déformation du matériau au point considéré.

Types de contraintes et de déformations

Les deux types de contraintes et de déformations sont expliqués ci-dessous.

Contrainte et déformation conventionnelles vs réelles

La contrainte et la déformation conventionnelles permettent d'obtenir des valeurs cohérentes à partir de l'essai de traction standard afin de se faire une idée du comportement du matériau. Ce type est aussi appelé contrainte et déformation nominales. La formule de la contrainte et de la déformation conventionnelles est la suivante :

La contrainte et la déformation réelles correspondent à la contrainte et à la déformation vraies. Elles aident à comprendre les propriétés du matériau et, pour les calculer, vous aurez besoin de la charge appliquée, de la longueur de référence et de la section transversale. Les formules suivantes permettent de calculer la contrainte et la déformation vraies.

Courbes contrainte-déformation pour différents matériaux

La courbe contrainte-déformation donne un aperçu du comportement des matériaux lorsqu'une force leur est appliquée. Elle met en évidence de multiples propriétés : points de rupture, élasticité et limite d'élasticité du matériau.

Les métaux comme l'acier présentent une région élastique linéaire et sont ductiles. Les polymères, quant à eux, ont une élasticité non linéaire caractérisée par une forte déformation sans point de limite d'élasticité défini.

En ce qui concerne le verre et les céramiques, ils sont fragiles et présentent une courbe de type acier avec une rupture soudaine. Ces courbes sont destinées à aider les ingénieurs à choisir le matériau en fonction des contraintes qu'il peut supporter.

Conclusion

La courbe contrainte-déformation joue un rôle essentiel dans l'analyse des matériaux pour la fabrication de composants. Chez DEK nous analysons la courbe contrainte-déformation avant de fabriquer les composants, afin de vous fournir les matériaux adaptés.