Résistance à la traction et limite d’élasticité – Analyse des différences
La résistance à la traction et la limite d'élasticité sont deux termes différents. Cependant, il est essentiel de savoir quand déterminer chaque variable et pourquoi elle est importante.
C’est exactement ce sur quoi nous allons nous concentrer dans cet article.
Qu'est-ce que la résistance à la traction ?
La résistance à la traction est la quantité de forces que les matériaux peuvent supporter avant de commencer à se briser. En général, nous examinons cela lorsque vous soumettez le matériau à une force d'étirement, en utilisant un testeur de résistance de fil métallique .
C'est-à-dire qu'il s'agit du point sur une courbe contrainte-déformation où le matériau atteint le point le plus éloigné où il peut résister à la tension.
Les unités de mesure sont :
- Mégapascals (MPa)
- Livres par pouce carré (Psi)
Ces unités sont basées sur la force par zone.
Plus important encore, cette propriété est essentielle dans les applications où les matériaux sont soumis à des forces de traction ou d’étirement.
Résistance à la traction au sommet de l'ingénierie
Qu'est-ce que la limite d'élasticité ?
À la limite d'élasticité, tous les matériaux cessent d'être élastiques et la possibilité de déformation plastique commence.
Habituellement, les unités de mesure sont :
- Mégapascals (MPa)
- Livres par pouce carré (psi)
N'oubliez pas que la limite d'élasticité est utile lors de la conception de nombreux composants structurels. La connaissance de la limite d'élasticité permet d'éviter une déformation importante des matériaux sous charge.
Graphique de limite d'élasticité
Exploration des différences entre la résistance à la traction et la limite d'élasticité
Grandeur et unités de mesure
Les deux unités sont mesurées en mégapascals (MPa). Vous pouvez également utiliser des livres par pouce carré (psi).
N'oubliez pas que ces unités représentent la force appliquée par unité de surface. Malgré les similitudes mentionnées ci-dessus, les grandeurs de ces deux forces sont différentes de manière significative.
La résistance à la traction est généralement plus élevée que la limite d'élasticité. Prenons par exemple l'acier de construction :
Sa résistance à la traction peut être d'environ 400 à 500 MPa, tandis que sa limite d'élasticité est généralement plus faible, d'environ 250 à 300 MPa.
Cette différence est très significative car elle indique la capacité du matériau à tolérer des contraintes plus élevées avant la rupture. C'est-à-dire au-delà du simple point de déformation permanente.
Point de mesure
Pour la limite d'élasticité, vous déterminerez sa valeur à un point où le matériau passe d'une déformation élastique. C'est-à-dire, là où il est réversible à une déformation plastique. En même temps, vous ne pouvez pas ramener le matériau à sa forme ou à sa taille d'origine.
La déformation élastique est une étape qui s'applique Loi de Hooke où la contrainte est proportionnelle à la déformation. Cette étape est prévisible. Mais plus important encore, la limite d'élasticité permet d'indiquer la limite de sécurité.
Il est important de mesurer la résistance à la traction à un point où aucun matériau ne peut supporter un quelconque degré de contrainte. N'oubliez pas que des forces plus élevées peuvent provoquer une rupture.
La fracture entraîne une diminution de la capacité du matériau à supporter la charge, ce qui peut diminuer considérablement après le début de la striction. La striction se produit lorsqu'il y a une réduction localisée de la section transversale prédisant une rupture imminente.
En revanche, la résistance à la traction met en évidence le point final de la rupture.
Graphique de la limite d'élasticité par rapport à la résistance à la traction
Chargement
La limite d'élasticité décrit des niveaux de contrainte plus élevés. Il s'agit généralement d'un point de charge juste avant le début de la déformation permanente.
Dans la conception technique, la limite d'élasticité est cruciale car elle permet de garantir que les matériaux peuvent supporter des charges sans se déformer de manière irréversible.
Les ingénieurs conçoivent des structures pour fonctionner dans la région élastique, qui se situe en dessous de la limite d'élasticité, afin d'éviter toute déformation permanente. En revanche, la résistance à la traction se concentre davantage sur la charge maximale. C'est-à-dire la charge que tout matériau peut supporter avant de se briser.
La résistance à la traction est essentielle pour comprendre la capacité de charge ultime. Cependant, elle est plus pertinente lorsqu'il s'agit de prendre en compte les marges de sécurité et les conditions de défaillance plutôt que les limites opérationnelles quotidiennes.
Comportement sous stress
Si la charge est supprimée, un matériau peut revenir à sa forme initiale. En effet, le matériau se déforme élastiquement au début, car vous lui soumettez une contrainte croissante.
Au-delà de la limite d'élasticité, un matériau ne peut pas revenir à sa forme initiale. Par conséquent, à la limite d'élasticité, l'élasticité prend fin. Vous vous rendrez compte que la déformation plastique permanente commence.
À mesure que vous soumettez un matériau à une contrainte plus importante, il atteindra son point de résistance à la traction. Autrement dit, il sera proche de la rupture.
Ce comportement est nécessaire pour prévoir le comportement d'un matériau donné dans le monde réel. Une résistance à la traction plus élevée permet de supporter des charges plus importantes et de mieux résister à la déformation permanente.
Courbe contrainte-déformation
Dans une courbe contrainte-déformation, la limite d'élasticité est décrite comme l'endroit où la courbe s'écarte de la ligne droite. L'écart est très minime et nécessite une mesure précise.
Mais plus important encore, le sommet de la courbe représente la résistance à la traction. D'autre part, la rupture du matériau est représentée par le point le plus élevé avant que les courbes ne commencent à baisser.
Courbe de déformation du test de contrainte de traction
La courbe offre une représentation visuelle de la transition d’un matériau depuis son état élastique jusqu’à son état de rupture.
La zone située sous la courbe jusqu'à la limite d'élasticité indique la possibilité de récupérer l'énergie élastique. Par contre, la zone située au-delà de la limite d'élasticité jusqu'à la limite de résistance à la traction indique une rupture due à une déformation plastique.
Courbe de contrainte-déformation
Importance dans les applications d'ingénierie
Dans la conception technique, la limite d'élasticité est un facteur important à prendre en compte lors du choix des matériaux pour les composants structurels.
Il faut veiller à ce que, dans des conditions normales, aucune déformation plastique ne se produise, car cela compromettrait l'intégrité structurelle des pièces.
En génie civil, la limite d'élasticité des matériaux en acier et en béton est essentielle pour la conception des bâtiments et autres infrastructures. Pour éviter toute déformation permanente susceptible d'entraîner un effondrement, les poutres et les poteaux sont conçus pour fonctionner en dessous de leur limite d'élasticité.
Les ingénieurs utilisent la limite d'élasticité pour intégrer des facteurs de sécurité dans leurs conceptions. Pour ce faire, ils s'assurent que la contrainte opérationnelle maximale est inférieure à la limite d'élasticité du matériau. Cette approche permet de conserver un enregistrement des imperfections du matériau et des charges imprévues.
La limite d'élasticité a également un impact sur la durabilité et la durée de vie des éléments. Dans l'industrie automobile, le maintien de la limite d'élasticité garantit que les pièces automobiles peuvent supporter des charges répétitives sans se déformer.
La résistance à la traction est en revanche cruciale pour évaluer la charge maximale qu'un matériau peut supporter avant de se briser complètement. Par conséquent, la compréhension de la résistance à la traction permet de prédire comment et quand un matériau peut se briser en raison de conditions de surcharge.
Cela vous aidera à concevoir des mécanismes de sécurité pour éviter toute défaillance matérielle.
La résistance à la traction est un critère primordial lors de la sélection d'applications hautes performances. Une résistance à la traction élevée permet de résister à la pression interne, comme lors du transport de liquides sous haute pression. Les matériaux à haute résistance à la traction restent intacts et fonctionnels dans des conditions extrêmes.
Forces intermoléculaires
La limite d'élasticité est étroitement liée à la structure interne d'un matériau. Elle est spécifiquement liée à la résistance de ses molécules ou de ses atomes pendant les premières étapes de la déformation plastique. La déformation plastique est le point où la forme d'un matériau commence à changer de manière permanente.
Dans ce cas, la résistance est influencée par des facteurs tels que la densité de dislocations. En d'autres termes, plus la densité de dislocations est élevée, plus la limite d'élasticité est élevée, car elle empêche le mouvement des dislocations.
Cela rend la déformation plastique du matériau plus complexe.
La taille du grain est un autre facteur qui affecte la résistance. Des grains plus petits impliquent plus de joints de grains, ce qui peut gêner les mouvements et les dislocations possibles. C'est un phénomène appelé Effet Hall-Petch.
À l'inverse, la résistance à la traction est influencée par la capacité des forces de cohésion d'un matériau à conserver son intégrité structurelle lorsqu'il est soumis à une tension. Les forces de cohésion sont contrôlées par les liaisons atomiques dans le matériau.
Finalement, à la résistance à la traction, les forces de cohésion sont dépassées, ce qui provoque la rupture du matériau. Dans les métaux, la résistance à la traction est affectée par les forces qui provoquent la liaison entre les atomes. Il est nécessaire de rompre ces forces pour que le matériau se fracture.
Conclusion
La résistance à la traction et la limite d'élasticité sont deux paramètres très différents. Mais plus important encore, l'analyse de ces deux variables vous aidera à choisir un matériau adapté à chaque application.
La capacité d’un matériau à résister à un effet de charge dépend d’une analyse minutieuse de ces variables.
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