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Un article pour vous aider à comprendre les propriétés mécaniques des matériaux : résistance, dureté, ténacité, fragilité…

En ingénierie structurelle, lorsque nous sélectionnons le bon matériau pour un projet ou un produit, il est très important de choisir ce matériau, pas ce matériau, en fonction des propriétés mécaniques du matériau comme base, cet article vous amènera à comprendre les bases propriétés mécaniques des matériaux : résistance, dureté, ténacité, fragilité…

STRUCTURE-INGÉNIERIE-MATÉRIAUX

Basique Cconcepts

L'apprentissage des connaissances commence par les concepts, qui sont les plus petites unités de connaissance. Comprendre quelque chose, un sujet, nécessite une compréhension de nombreux concepts de base. Par conséquent, pour en savoir plus sur les propriétés mécaniques des matériaux, nous devons d'abord comprendre le concept de base pertinent et ce que ce concept exprime. Avec ce point de départ, la suite sera beaucoup plus facile.

No. biens Définition
1 Force Capacité d'un matériau à résister aux dommages sous l'action d'une force extérieure.
2 Dureté Capacité d'un matériau à résister à une déformation plastique locale. Capacité d'un matériau à résister aux rayures, aux coupures, à l'abrasion, à l'indentation ou à la pénétration.
3 Rigidité La rigidité fait référence à la capacité d'un matériau ou d'un composant à résister à la déformation sous contrainte, ce qui est une représentation de la difficulté de la déformation élastique et également de la force requise pour provoquer un déplacement unitaire.
4 Flexibilité La flexibilité, également connue sous le nom de rapport d'élancement, est notée as, qui fait référence à la taille de la déformation le long de l'axe vertical du composant sous contrainte axiale. C'est l'inverse de la raideur.
5 Fatigue L'endommagement par fatigue fait référence au phénomène de rupture du matériau sous une contrainte bien inférieure à la limite de résistance ou même à la limite d'élasticité du matériau.
6 Ténacité Ténacité, indiquant la capacité d'un matériau à absorber l'énergie lors de la déformation plastique et de la rupture.
7 Fragilité La fragilité fait référence à la propriété selon laquelle le matériau se brise sous l'action d'une force externe (telle qu'un impact de traction, etc.) avec seulement une petite déformation.
8 Élasticité L'élasticité fait référence à la propriété selon laquelle un objet peut récupérer sa taille et sa forme d'origine après déformation, qui est exprimée par le module d'élasticité E.
9 plasticité La plasticité est la capacité d'un objet à se déformer. Lorsque la force externe est faible, l'objet subit une déformation élastique, lorsque la force externe dépasse une certaine valeur, l'objet produit une déformation irrécupérable, appelée déformation plastique.
10 Ductilité La ductilité fait référence à la capacité d'un matériau ou d'un composant à continuer à supporter après avoir atteint un état de dommage jusqu'à ce qu'il atteigne sa capacité de charge ultime. C'est la capacité de maintenir la déformation à une certaine capacité de charge.

Caractéristiques de base

Pour mieux vous aider à comprendre ces propriétés mécaniques, j'ai sélectionné 10 scènes cinématographiques courantes du travail ou de la vie quotidienne comme référence pour décrire davantage leurs caractéristiques de base, les transmettre à vos amis pour apprendre les uns des autres.

Résistance : le matériau doit pouvoir résister aux forces appliquées dans le scénario d'application sans se plier, se casser, se briser ou se déformer.

force

Dureté : les matériaux plus durs sont généralement plus résistants aux rayures, durables et résistants aux déchirures et aux indentations.

Dureté

Rigidité : un matériau avec une bonne rigidité est moins sujet à la déformation.

Rigidité

Flexibilité : Un plus grand degré de flexibilité entraîne une plus grande déformation et une moins bonne stabilité du composant.

Flexibilité

Fatigue : Un matériau très fatigué est de bonne qualité et dure plus longtemps.

Fatigue

Ténacité : la résistance à la traction et aux chocs du matériau, meilleure est la ténacité, plus le risque de rupture fragile est faible.

Ténacité

Fragilité : contrairement à la ténacité, plus la fragilité est grande, plus le matériau sera endommagé à très peu de déformation.

Fragilité

Élasticité : La capacité d'un matériau à absorber la force et à se plier dans différentes directions et à revenir à son état initial.

Élasticité

Plasticité : Par rapport à l'élasticité, meilleure est la plasticité, la déformation du matériau conservera la forme après déformation.

plasticité

Ductilité : La capacité à être sollicité et déformé dans le sens de la longueur. Pour les structures sismiques, des matériaux ayant de bonnes performances de ductilité doivent être utilisés.

Ductilité

Connexions et distinctions

Après avoir compris les concepts et caractéristiques de base, il est encore plus important de comprendre les connexions et les distinctions entre eux afin d'acquérir une compréhension approfondie des propriétés des matériaux ou des composants et de mieux les appliquer à la vie de production pratique.

Tout d'abord, les spécialités des différents matériaux sont différentes. En général, en science des matériaux, la dureté de la céramique est élevée, la résistance du métal est élevée, la plasticité des polymères est bonne et ainsi de suite, car ils ont des structures matérielles différentes (de microscopique à mésoscopique) et des liaisons chimiques différentes, et il y a tellement de choses à dire dans cette. Vous pouvez voir ce qui est dit dans Fondamentaux de la science des matériaux, qui est écrit avec beaucoup de détails.

1 La relation entre résistance et plasticité

La force fait référence à la force maximale qu'un matériau peut supporter. La plasticité fait référence au pourcentage du matériau qui peut être déformé au maximum. Par exemple, si une barre d'acier peut supporter une force maximale de 100Mpa, c'est-à-dire que sa résistance est de 100Mpa, et si sous une force de 100Mpa elle se déforme de 20% et casse, alors sa plasticité est de 20%.

Dans l'industrie, une situation typique où une résistance élevée et une plasticité élevée sont requises est dans les composants structurels d'une voiture. D'une part, nous voulons qu'il puisse résister à plus de forces, et d'autre part, nous voulons que les composants structurels puissent se déformer dans une large mesure en cas de collision, afin qu'ils puissent absorber de l'énergie et protéger les passagers. Par exemple, nous voulons qu'un composant structurel puisse résister à une pression de 2,000 60 MPa et en même temps se déformer jusqu'à XNUMX % sans rupture. (Énergie absorbée = force sur l'élément structurel x degré de déformation de l'élément structurel) Il s'agit en fait de la ténacité. La ténacité est la quantité d'énergie absorbée par un matériau pendant la déformation et est généralement représentée par l'intégrale sous la courbe dans un essai de traction diagramme, c'est-à-dire la zone, comme indiqué ci-dessous.

D'une manière générale, la résistance et la plasticité d'un matériau ne peuvent pas être réunies simultanément, elles sont comme les deux faces d'une même pièce : une augmentation de la résistance entraîne généralement une diminution de la plasticité. Des recherches ont montré que la déformation plastique des matériaux métalliques est généralement obtenue par glissement de dislocation. Pendant l'écrouissage, le métal est déformé plastiquement, les grains glissent et les dislocations s'emmêlent, provoquant l'allongement, la rupture et la fibrilisation des grains, empêchant ainsi une déformation supplémentaire et une rupture et une fracture consécutives.

2 L'élasticité et la plasticité sont relatives

L'élasticité est simple, après le retrait des forces externes, la déformation peut être entièrement récupérée; la plasticité signifie que le matériau a une déformation plastique, après le retrait des forces externes, la déformation ne peut pas être complètement récupérée, il y a une déformation plastique résiduelle. Par exemple, l'indice d'allongement est utilisé pour évaluer la plasticité de l'acier. Une fois qu'un échantillon d'acier est retiré, la déformation élastique se rétablit, tandis que la déformation plastique résiduelle, de sorte que l'allongement peut être utilisé pour évaluer la capacité de déformation plastique de l'acier.

3 Rigidité, ductilité et plasticité

Tout d'abord, tous les trois sont des concepts qui mesurent le degré de déformation. La rigidité est la valeur de la charge/du déplacement dans la phase élastique, qui est EI, une mesure de la douceur et de la rigidité. La ductilité et la plasticité sont des déformations dans la phase inélastique, le coefficient de ductilité peut être calculé quantitativement et la plasticité est un concept qualitatif.

4 Ténacité = résistance + plasticité

La ténacité fait référence à l'énergie absorbée par le matériau de la force à la rupture, plus la consommation d'énergie pour la rupture du matériau est importante, meilleure est la ténacité. La consommation d'énergie signifie qu'un travail doit être effectué sur le matériau à l'extérieur du système, ce qui indique alors la présence de force et de déplacement (déformation). La capacité à résister aux contraintes est caractérisée par la résistance et la capacité à se déformer est caractérisée par la plasticité. Ainsi, un matériau ductile a une bonne plasticité.

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