Comprendre la courbe de contrainte de traction en un seul article

Les propriétés d'un matériau en termes de déformation et d'endommagement sous des efforts de traction peuvent être mesurées par la courbe contrainte-déformation en traction, qui est l'un des concepts les plus fondamentaux et les plus importants de la mécanique des matériaux, venez avec moi pour le comprendre.

La coordonnée horizontale de la courbe est la déformation et la coordonnée verticale est la contrainte. La forme de la courbe reflète les différents processus de déformation qui se produisent dans le matériau sous l'action de forces extérieures.

Qu'est-ce que Tensiler Stresse-Sformer?

Nous savons tous que les trois éléments de la force sont la grandeur, la direction et le point d'action. Cependant, le point d'action n'a pas de dimensions, il représente simplement l'emplacement de la force. Le matériau d'un objet a des dimensions et lorsque nous devons étudier les forces en divers points d'un objet, nous devons introduire le concept de contrainte, exprimé par σ.

Formule de contrainte de traction : σ= dF/dA, qui représente la contrainte par unité de surface à l'intérieur du matériau. En termes simples, la contrainte de traction est la résistance par unité de surface à l'intérieur de l'objet lorsque l'objet est soumis à une action externe, avec un sentiment de défense commune contre les ennemis externes.

Comme indiqué ci-dessus, un objet est soumis à une force de traction, puis afin d'équilibrer la force, le matériau par unité de surface à l'intérieur de l'objet est soumis à une partie de la force. Lorsqu'un plan à l'intérieur de l'objet est perpendiculaire à la direction de la force et que le matériau est uniforme, la contrainte de traction moyenne est appliquée. Sous cette contrainte de traction, la déformation reflétant l'objet est appelée déformation.

★ Quatre étapes de la courbe contrainte-déformation

Comme le montre le schéma ci-dessous : la courbe contrainte-déformation est généralement divisée en quatre étapes : la région élastique, la région d'écoulement, l'écrouissage et la rupture de striction.

1 Élastique région

Caractéristiques: Lorsque la contrainte est inférieure à σe, la contrainte est proportionnelle à la déformation de l'éprouvette, la contrainte est supprimée et la déformation disparaît, c'est-à-dire que l'éprouvette est en phase de déformation élastique. Une fois que la charge dépasse la valeur correspondant au point « a », la courbe de traction commence à s'écarter de la ligne droite.

Notion importante : σe est la limite élastique du matériau et représente la contrainte maximale à laquelle le matériau reste élastiquement déformé. Dans la phase élastique, il existe un segment linéaire spécial « oa » dans lequel il existe une relation linéaire entre σ et . C'est ce qu'on appelle la phase proportionnelle, également connue sous le nom de phase élastique linéaire. Satisfaire à la loi de Hooke.

=E*ε

E est appelé module d'élasticité du matériau, généralement E = 200 GPa pour l'acier.
La limite proportionnelle σp est la valeur maximale de la contrainte qui obéit à la loi de Hooke entre contrainte et déformation.

Notes:
σ et n'obéissent à la loi de Hooke que lorsque la contrainte F/A <σp.
Pour σp<σ<σe, la loi de Hooke ne tient plus dans la section 'ab', mais il s'agit toujours d'une déformation élastique.
La différence entre σp et σe n'étant pas significative, aucune distinction n'est faite en ingénierie.

2 Région d'écoulement

Caractéristiques: Lorsque la contrainte dépasse σe jusqu'à une certaine valeur, la relation linéaire entre la contrainte et la déformation est rompue et la déformation augmente de manière significative, tandis que la contrainte diminue d'abord puis fluctue infimement, avec de petits segments de ligne en dents de scie apparaissant près de la ligne horizontale sur la courbe. En cas de déchargement, la déformation de l'éprouvette n'est que partiellement récupérée, tout en conservant une partie de la déformation résiduelle, c'est-à-dire la déformation plastique. Ceci indique que la déformation du matériau entre dans la phase de déformation élasto-plastique.

Notion importante : σs est appelé la limite d'élasticité ou la limite d'élasticité d'un matériau et est un indicateur important de la plasticité. Pour les matériaux sans plastification significative, en ingénierie, la valeur de la contrainte qui produit 0.2 % de déformation résiduelle est spécifiée comme limite d'élasticité.

En essai de traction, si l'éprouvette a cédé, c'est-à-dire la section 'bc' du schéma ci-dessus, l'éprouvette continue de s'allonger même si la charge n'augmente plus, et donc un intervalle horizontal apparaît dans la courbe de traction, phénomène appelé plastification ou écoulement. Le phénomène de plastification est causé par le glissement de cristaux dans le métal. Pour les matériaux sans élasticité, les réglementations techniques indiquent que la contrainte correspondant à 0.2 % de déformation plastique est utilisée comme limite d'élasticité, enregistrée comme σ0.2.

3 écrouissage

Caractéristiques: Lorsque la contrainte dépasse s, l'éprouvette subit une déformation plastique importante et uniforme, si la contrainte sur l'éprouvette doit augmenter, la valeur de contrainte doit être augmentée. Ce phénomène d'augmentation de la résistance à la déformation plastique à mesure que la déformation plastique augmente est connu sous le nom d'écrouissage ou de renforcement de déformation.

Notion importante : La phase de déformation uniforme d'une éprouvette se termine lorsque la contrainte atteint σb. Cette contrainte maximale σb est appelée résistance ultime ou résistance à la traction du matériau, qui indique la résistance du matériau à une déformation plastique uniforme maximale, c'est-à-dire la contrainte maximale que le matériau peut supporter avant endommagement par traction.

4 Fracture du col

Caractéristiques: Après la valeur de contrainte de b, l'éprouvette commence à se déformer de manière inégale et à former un col de retrait, la contrainte diminue et finalement l'éprouvette se rompt lorsque la contrainte atteint σf.

Notion importante : σf est la résistance à la rupture du matériau, qui représente la résistance ultime du matériau à la plasticité. En général, les indicateurs des propriétés plastiques d'un matériau sont l'allongement et la réduction de surface.

Allongement : δ= (L1-L)/L * 100%
Réduction de surface : ψ= (A-A1)/A * 100 %

L1 : longueur de l'éprouvette après arrachage
L : longueur originale de l'échantillon
A1 : section minimale de l'éprouvette à la rupture
A : aire de la section transversale d'origine
Plus la valeur de δ et est grande, meilleure est la plasticité.

★ Courbes de contrainte-déformation en traction pour des matériaux aux propriétés différentes

En ingénierie, les matériaux avec un allongement ≥ 5 % après une rupture sont généralement appelés matériaux plastiques, tandis que les matériaux avec un allongement < 5 % après une rupture sont appelés matériaux fragiles. En général, on peut voir que les matériaux plastiques ont une phase de plastification distincte, tandis que la fracture de traction forme une striction. En revanche, les matériaux fragiles ne voient pas de phase d'élasticité évidente lors de l'étirage, et aucun rétrécissement ne se produit lors de la rupture par traction.

Une matière plastique : très petite région élastique.
Un matériau ductile : après la région élastique, il y a une section étrange où se produit un « rétrécissement » - une déformation permanente se produit dans cette région plastique.
Un matériau résistant et non ductile : Les fils d'acier s'étirent très peu, et se cassent brutalement.
Un matériau cassant : Ce matériau est également résistant car il y a peu de déformation pour une contrainte élevée. La rupture d'un matériau fragile est soudaine avec peu ou pas de déformation plastique. Le verre est un stress fragile.

Comparaison des propriétés mécaniques des matières plastiques et fragiles

Matière plastique	Matériau fragile
Allongement : δ≥5%	Allongement : δ＜5%
Grande déformation plastique avant rupture	Très peu de déformation avant fracture
Les performances en compression et en traction sont similaires	Performances en compression bien supérieures aux performances en traction
Convient pour le forgeage et le travail à froid	Convient pour les éléments de fondation ou les coques
Remarque : La plasticité et la fragilité du matériau peuvent être altérées par des changements dans les méthodes de fabrication et les conditions de traitement.

 

C'est tout ce qu'il y a à la courbe contrainte-déformation de traction, si vous voulez savoir comment faire le essai de résistance à la traction, regardez ici.