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Auteur(s)
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Alain DESSARTHE : Ingénieur Responsable du service Conception-industrialisation des polymères et composites du Centre technique des industries mécaniques (CETIM)
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Lire l’articleINTRODUCTION
Pour concevoir une pièce mécanique, on peut choisir parmi les matériaux traditionnels (métal, bois) mais aussi parmi les matériaux organiques de synthèse dont les caractéristiques sont chaque jour améliorées. Ces derniers trouvent de plus en plus d’applications mécaniques car ils présentent souvent des avantages très intéressants tels que la légèreté, la tenue à la corrosion, la facilité de mise en œuvre permettant d’intégrer plusieurs fonctions dans une pièce monobloc, l’autolubrification, l’isolation, la tenue à la fatigue, mais ils ont aussi parfois des comportements radicalement différents de ceux des métaux notamment sa résistance au feu, sa dureté, sa souplesse. Il faut donc penser plastique ou penser composite dès le début de l’étude d’un nouveau produit pour exploiter au mieux leurs caractéristiques et comparer avec une solution métallique.
Cet article résume les propriétés et méthodes de mise en œuvre des plastiques et composites, les principes de calcul dimensionnel, les techniques d’analyse et de contrôle ainsi que la démarche de conception illustrée par quelques exemples.
Pour plus de détails, le lecteur se reportera au traité complet Plastiques et Composites consacré aux plastiques, à la plasturgie et aux composites, ainsi qu’à l’article plus spécialisé sur la conception des produits industriels dans le traité L’entreprise industrielle.
Contrairement aux matériaux métalliques, il n’y a pas de normalisation assurant une valeur précise aux caractéristiques des polymères. De ce fait, il peut y avoir des différences d’un tableau à l’autre pour une même famille de polymères.
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Contrôles et essais4. Démarche des calculs de matériaux et pièces
4.1 Cas des plastiques
Les polymères renforcés de fibres courtes peuvent avoir des comportements anisotropiques dus aux orientations préférentielles des fibres lors de la mise en œuvre : c’est le cas de plastique injecté dont la fluidité à l’état fondu permet l’orientation des fibres selon le sens d’écoulement dans le moule. Il peut y avoir aussi une mauvaise répartition de fibres due à un cheminement complexe de la matière (passage par de petites épaisseurs par exemple). Il y a donc lieu de bien tenir compte de ces phénomènes car les propriétés mécaniques dépendent directement du taux et de l’orientation des fibres. De plus, les polymères, surtout thermoplastiques, et parmi ceux-ci, particulièrement les nuances qui ne sont pas renforcées ou chargées, sont sensibles au fluage 2.2.1. Par exemple, une éprouvette soumise à un effort de traction constant s’allonge continuellement au cours du temps. Pour le dimensionnement, il ne faut donc pas prendre en compte le module d’élasticité que l’on mesure par un essai mécanique instantané (module statique ) mais le module correspondant au niveau de contrainte et à la durée d’application d’effort prévus (module de fluage ). Les documentations techniques des producteurs donnent souvent les caractéristiques de fluage de leurs matériaux, ce qui permet de choisir la valeur du module correspondant à l’application étudiée, sans oublier de tenir compte de la température de fonctionnement.
En tenant compte de ces remarques, on peut utiliser pour le prédimensionnement les formules classiques de résistances des matériaux (tableau 11). Ces formules sont directement applicables si la géométrie de la pièce est simple (tube, profilé, enveloppe simple sous pression interne, etc.). Mais, on peut aussi évaluer de manière approchée une contrainte locale dans une pièce plus complexe (paroi plane d’un carter complexe considérée comme une plaque...
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Démarche des calculs de matériaux et pièces
ANNEXES
HAUT DE PAGE
Centre technique des industries mécaniques, département Plastiques et Composites (CETIM)
École nationale supérieure des techniques industrielles et des mines de Douai
Institut des matériaux composites
Laboratoire de recherches et de contrôle du caoutchouc et des plastiques (LRCCP)
Pôle de plasturgie de l’Est
Pôle européen de plasturgie
HAUT DE PAGE3 Revues périodiques françaises
Annuaire France-Plastiques et Annuaire France-Composites
Caoutchoucs et Plastiques
Composites....
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