Mechanical properties of materials - cours (presentation)

Propriétés Mécaniques des
matériaux
A. BENSLIMANE
Laboratoire Mécanique Matériaux et Energétique
Département de Génie Mécanique
benslimane.ah@gmail.com
www.univ-bejaia.dz
UNIVERSITE A. MIRA - BEJAIA
FACULTE DE TECHNOLOGIE
Département de Génie Mécanique

Plan
• Introduction aux propriétés
mécaniques
• Force
• Contraintes - types
• Déformation
• Courbe Contrainte-Déformation
A. BENSLIMANE benslimane.ah@gmail.com

Propriétés Mécaniques…

Propriétés Mécaniques…
• Câble: Soumis à une force de traction
• Courroie d’un
moteur: Soumis à une
force de traction
Quelle est la force appliquée sur la
courroie et le câble?
Les matériaux résisteraient ils à cette
force?
IMAGINEZ LA RUPTURE!!!

• Les propriétés mécaniques sont
importantes pour comprendre et
prédire le comportement du matériau
sous sollicitations (contraintes).
• Les quantités : force, contrainte,
déformation, allongement… peuvent
aider à:
Identifier les propriétés d‟un matériau
(polymère, céramique, métal…).

Comprendre les raison de rupture.
La standardisation des tests de
laboratoire et essentielle pour le
contrôle de qualité et permet une
comparaison des résultats entre
différentes études.

Force (N)
• Un corps en interaction avec un autre
génère de la force. Des forces peuvent
être appliquées par contact réel des
corps ou à distance (par exemple, par
gravité).
• L‟unité de la force dans le système
International (SI unit) est le Newton
(N).

Contrainte (Pa)
 Lorsqu'une force agit sur un corps ayant tendance à
produire une déformation, une résistance est développée
pour cette application de force externe.
 Definition: C'est la résistance interne à la force appliquée à
l'extérieur.
 Elle est notée (σ)
 Contrainte (σ)= Force/Surface (fig.1).
 Pascal = 1 N / m².
 Généralement les contraintes sont données en
MegaPascals (MPa). MPa=106 Pascal.

Fig.1:Mesure de la
contrainte

Types de contraintes
Traction
Torsion
Cisaillement
Compression

Types de contraintes
1. Contrainte uniaxiale
Compression
La compression en résulte lorsque le corps est
soumis à deux ensembles de forces dirigées l'une
vers l'autre dans la même ligne droite. (fig.2)
Traction
La traction résulte en un corps lorsqu'il est soumis
à deux ensembles de forces opposées l'une de
l'autre sur la même ligne droite. (fig.2)

Fig.2.Types des contraintes
axiales
• Axial
Compression
Traction

2. Autres Contraintes
Cisaillement
Le cisaillement est le résultat de deux
ensembles d'efforts dirigés l'un vers l'autre,
mais pas sur la même ligne droite. (Fig.3)
Torsion
Est le résultat de la torsion d‟un corps
(application d‟un moment de torsion) (fig.3)

Fig.3.Autres types de
contraintes
• Non Axial
Cisaillement
Torsion
Bending

Déformation
• Definition: C'est le changement de longueur par
unité de longueur.
• Elle représente la déformation relative d'un objet
soumis à des contraintes.
• Elle peut être élastique (réversible), plastique
(irréversible) ou à la fois élastique et plastique.
• Notée: “ε”
• Elle est donnée par : ε =∆L / L. So, sans unité.
• Déformation(ε)= Allongement/Longueur initiale

• Lorsque la force est appliquée, la longueur
de la tige change de sa longueur d'origine
L0 à la longueur étendue L1. La
déformation résultante, ɛ, est donnée par
ɛ = (L1- L0)/ L0 (fig.4)
Fig.4:strain
In an object
subjected to
stress

Relation contrainte-déformation
• Si une barre de matériau est soumise à une force
appliquée, F, l„intensité de la contrainte et la
déformation résultante (ɛ) peuvent être mesurées.
• Ceci est effectué avec un chargement des échantillons
en traction, compression ou cisaillement à l'aide d'une
machine de test universelle (Fig.5).
• Un graphique représentant l‟évolution de la
contrainte (ou la charge) en fonction de la
déformation (allongement) peut être obtenu (Fig.6).

Fig.5: Machine de traction
universelle

• A
Fig.6: La courbe Contrainte-Déformation
pour un matériau sujet à une traction

Contrainte-déformation (types de contrainte)
1. Déformation élastique
• Réversible: Lorsque la contrainte est supprimée, le
matériau reprend la dimension qu'il avait avant le
chargement.
2. Déformation plastique
• Irréversible: Lorsque la contrainte est supprimée, le
matériau ne revient pas à sa dimension précédente.

I. Termes de contraintes
1. Limite élastique (Re)
• La contrainte maximale qu'un
matériau peut supporter sans subir de
déformation permanente (irréversible).
• Elle décrit le comportement élastique
du matériau. (fig.6)Point 1

2. La résistance à la traction (Rm)
• La contrainte maximale que le
matériau peut supporter avant la
rupture.
• Le matériau ne pourrait plus
supporter de contraintes, car il se
fracturerait.

Module d’élasticité (Module de Young) (E)
σ
Déformation plastique
(irréversible)
Déformation élastique
(réversible)
E
Loi de Hook
Elasticité linéaire
σ = εE
ε

Module d’élasticité (Module de Young) (E)
 C'est la constante de proportionnalité
entre la contrainte et la déformation.
Il représente la pente de la partie
élastique de la courbe contrainte-
déformation.
C'est une mesure de rigidité
Il est donné : E=Contrainte/Déformation
 Il est mesuré avec : GPa=109 Pascal.

Les matériaux à module de Young élevé
sont dit être plus rigide que ceux qui ont
un module de Young moins élevé parce
qu'ils demandent une contrainte plus
élevée pour produire la même
déformation.

• Elasticité linéaire-non linéaire
1. Initial 2. Petite déformation
F

3. Supprimer la
déformation
Retour
à l’état initial
σ
Élasticité linéaire
(Métaux)
Élasticité
non linéaire
(polymère)
ε
Elastique = réversible…

• Elasticité linéaire
s
Elasticité linéaire
E
e
F
F
traction
• Loi de Hooke:
s = E e

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