Comment différentes géométries d’éprouvettes affectent-elles les résultats des essais de traction ?
Les résultats des essais de traction comprennent la résistance ultime à la traction, la limite d’élasticité, le module de Young, la ductilité et l’exposant d’écrouissage. Toutes ces propriétés peuvent être calculées à l’aide d’une machine d’essai universelle équipée du contrôleur, du logiciel, des poignées et des accessoires appropriés. Le choix des pinces peut varier en fonction du type de matériau, de sa géométrie et de ses dimensions. Dans de nombreux cas, les tailles et les géométries des éprouvettes sont dictées par les normes ASTM.
Ce blog abordera la question de savoir si les propriétés de traction sont affectées si le même matériau standard est testé dans différentes géométries ou dimensions. La réponse courte est que cela dépend de la propriété de traction et des caractéristiques du matériau testé. Pour une section transversale donnée et pour toute longueur de jauge, les différentes géométries d’éprouvettes n’ont aucun effet sur la résistance à la traction et la limite d’élasticité des matériaux standard. Cependant, différentes longueurs de jauge et aires de section transversale auront des effets modificateurs sur certaines propriétés, décrites ci-dessous.
1- Effet de différentes longueurs de jauge
Comparons deux spécimens, faits du même matériau, avec deux longueurs de jauge différentes :
Figure 1. Deux spécimens d’arête de chien de longueur de jauge différente
Spécimen A longueur de jauge > Spécimen B longueur de jauge
Lorsque l’essai de tension est lancé et que le spécimen A ou le spécimen B est tiré, la déformation est uniforme le long de la longueur de jauge jusqu’au point où la force maximale est atteinte et où le début du rétrécissement se produit. L’étirement dans chaque matériau est uniforme jusqu’à ce point. La force commencera alors à diminuer, comme le montre la courbe contrainte-déformation ci-dessous, et la réduction de la surface ne sera plus proportionnelle à la quantité d’étirement dans le matériau.
Figure 2. La forme d’une éprouvette ductile change pendant l’essai de traction
La région de rétrécissement occupera une portion beaucoup plus grande de la longueur de jauge de 1 pouce de l’éprouvette B par rapport à la portion occupée sur la longueur de jauge de 2 pouces de l’éprouvette A. Lorsque l’essai est terminé et que les deux fractures des spécimens sont ajustées ensemble, le pourcentage d’allongement mesuré du spécimen B avec la plus petite longueur de jauge sera plus grand que le pourcentage d’allongement du spécimen A avec la plus grande longueur de jauge.
Equation 1:
Pourcentage d’allongement = ∆L/L0 x 100
Où:
- L0 est la longueur de jauge originale
- ∆L est le changement de longueur de la longueur de jauge originale. Mesurée après la rupture de l’éprouvette et l’emboîtement de l’éprouvette (voir figure 2)
A mesure que la longueur de jauge augmente, le pourcentage d’allongement diminue.
2- Effet des différentes sections transversales
Cette fois, l’éprouvette A et l’éprouvette B, faites du même matériau, ont des longueurs de jauge identiques ; cependant, la section transversale de l’éprouvette A est plus grande que celle de l’éprouvette B. De manière similaire au concept avec la longueur de jauge et la partie occupée par le rétrécissement, la région de rétrécissement occupera une partie beaucoup plus importante de la plus petite surface de section transversale de l’échantillon B par rapport à la partie occupée sur la plus grande surface de section transversale de l’échantillon A.
La surface de section transversale d’un échantillon a un effet significatif sur les mesures d’allongement. Le rapport d’élasticité est mesuré par la longueur de la jauge divisée par la racine carrée de la surface de la section transversale, il est donc inversement proportionnel à la surface de la section transversale.
Equation 2:
Rapport d’élasticité = L0/√A0
Où:
- L0 est la longueur de la jauge d’origine.
- A0 est la surface de section transversale originale de l’échantillon
A mesure que le rapport de minceur augmente et que la surface de section transversale diminue, le pourcentage d’allongement diminue.