Essai de traction
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Un essai de traction est une expérience de physique qui permet de 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 permet de 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 machoires d'une machine de traction qui tire sur la barre jusqu'à sa rupture. On enregistre l'allongement et la force appliquée, que l'on convertit ensuite en déformation et contrainte.
L'essai de traction donne plusieurs valeurs importantes :
- le module de Young E, ou module d'élasticité longitudinale ;
- la limite élastique Re ou σe, qui sert de base aux calculs de résistance ;
- la limite à la rupture Rm ou σm ;
- l'allongement à la rupture A, qui mesure la capacité d'un matériau à s'allonger sous charge avant sa rupture, propriété intéressante dans certaines applications ;
- le coefficient de Poisson, qui chiffre la variation de volume induite par la déformation des matériaux sous charges.
Sommaire |
[modifier] 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 système symétrique et un système d'accroche simple (par vissage), l'éprouvette plate permet de 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 normalisée, ce qui n'interdit pas d'utiliser d'autres formes d'éprouvette si l'essai n'a pas besoind e répondre aux normes (par exemple dans le cadre de la recherche et du développement).
Les éprouvettes cylindriques sont habituellement obtenues par tournage. Les éprouvettes plates peuvent être obtenues par sciage d'une tôle puis fraisage.
[modifier] Déroulement de l'essai
Une fois l'éprouvette en place, on applique une légère précharge afin d'être sûr que l'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 système de vis sans fin ou un piston hydraulique, l'effort se mesure par la déformation élastique de la travée.
À partir du déplacement de la travée, on calcule la déformation ε, et à partir de la force, on calcule la contrainte σ. Dans certains cas, on peut travailler à vitesse de déformation 
constante plutôt que vitesse de déplacement constante ; il faut pour cela que la machine de traction soit pilotée informatiquement.
L'essai s'arrête à la rupture de l'éprouvette.
[modifier] Cas d'un matériau ductile
Dans un premier temps, la déformation est élastique. La courbe de traction est donc 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 permet de déterminer facilement la limite élastique Re, mais dans certains cas, on a un « arrondit » ; on prend alors la contrainte donnant 0,2 % de déformation, Re 0,2.
La courbe présente ensuite un maximum qui détermine la contrainte de rupture 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.
[modifier] Cas d'un matériau fragile
[modifier] Résistance à la traction
Dans un mécanisme ou une structure, les pièces doivent garder leurs dimensions. La limite acceptable est donc la limite élastique Re. On lui applique un coefficient de sécurité s (ou parfois noté n), en général entre deux et 5 ; on définit alors la limite pratique élastique Rpe :
.
La conception est donc validée si, pour toutes les pièces en traction, on a
- σ < Rpe.
Le coefficient de sécurité dépend des règles de l'art du domaine concerné ou bien de normes. De manière générale, on a :
- pour un fonctionnement constant, sans à coup, dans un milieu maîtrisé (toutes les charges sont connues) et avec un matériau bien caractérisé : 1 ≤ s ≤ 2 ;
- cas usuel : 2 ≤ s ≤ 3 ;
- milieu mal maîtrisé (risque d'accident, charge mal connues), matériau mal caractérisé : 3 ≤ s ≤ 5.
Pour les matériaux fragiles, on se base sur la contrainte à la rupture, le coefficient de sécurité est donc plus élevé.
