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RÉSUMÉ
Les essais mécaniques ont pour but de fournir les données nécessaires pour appréhender le comportement mécanique des matériaux, notamment dans le cas des procédés de mise en forme (laminage, filage, extrusion…), mais aussi de formage et d’assemblage. La connaissance des propriétés mécaniques conduit également au bon dimensionnement des structures, à la détermination des limites de rupture. Le calcul numérique est devenu d’un apport considérable dans l’interprétation et la compréhension des résultats des essais mécaniques.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Dominique FRANÇOIS : Professeur honoraire - École Centrale de Paris
INTRODUCTION
L’ingénieur mécanicien a besoin de connaître le comportement mécanique des matériaux utilisés pour fabriquer diverses structures. Ce sont les essais mécaniques qui peuvent lui fournir ces données nécessaires.
Elles sont tout d’abord indispensables pour la mise au point des procédés de mise en forme. En effet, si, pendant longtemps, l’empirisme et l’habitude suffisaient pour mener à bien les opérations de laminage, de filage, d’extrusion, de forgeage, d’usinage, etc., l’augmentation de la dimension des demi-produits, les exigences accrues de qualité et de précision, les économies d’énergie à réaliser concourent à rendre nécessaires les calculs détaillés de ces diverses opérations. Il est évident qu’ils ne peuvent être menés à bien sans une connaissance précise des lois de comportement mécanique des matériaux faisant intervenir la vitesse de sollicitation et la température, ainsi que les interactions entre les propriétés mécaniques et les évolutions de la structure microscopique.
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1. Intérêt et nécessité des essais mécaniques
En général, les opérations de formage et d’assemblage, notamment le soudage, conduisent à des pièces contenant des contraintes résiduelles. Celles-ci peuvent modifier considérablement leur tenue ultérieure en provoquant des déformations, ou en exerçant des effets néfastes ou bénéfiques sur la fissuration. Il s’avère donc très important d’apprécier convenablement ces contraintes résiduelles et, en dehors des mesures toujours délicates, de plus en plus les calculs apportent les réponses voulues. Ici encore, ils ne sauraient être convenablement conduits sans une connaissance précise des lois de comportement mécanique.
Enfin et surtout, il faut déterminer les propriétés mécaniques des matériaux pour dimensionner les structures de façon à éviter divers modes de ruines : le flambage, la déformation plastique exagérée, la rupture brutale ou la rupture différée par fatigue, corrosion sous contrainte ou fluage. Il est indispensable de maîtriser de mieux en mieux ces questions en raison tant des exigences accrues de sécurité, dans l’énergie nucléaire et dans les transports notamment, que des économies de matière et d’énergie susceptibles d’être apportées par une meilleure durabilité. Les calculs nécessitent une évaluation correcte des champs de contraintes et de déformations qui existent dans les pièces : il faut donc connaître les lois de comportement.
De plus, il est indispensable de déterminer les limites qu’il ne faut pas dépasser pour éviter la ruine : limite d’élasticité, charge de rupture, limite d’endurance en fatigue, etc.
Ces divers calculs étaient autrefois approximatifs et pénibles, encore que l’on reste étonné de la précision obtenue à l’époque par un Gustave Eiffel compte tenu des moyens à sa disposition. Corrélativement, on pouvait se contenter d’essais mécaniques élémentaires.
Depuis quelques années, les progrès du calcul numérique, grâce aux ordinateurs, en particulier par la méthode des éléments finis, donnent le moyen de déterminer très correctement la façon dont travaillent les pièces. Cette évolution exige parallèlement une approche plus élaborée des essais mécaniques pour fournir les données nécessaires aux mécaniciens.
Les calculs modernes fournissent d’ailleurs le moyen de mieux comprendre...
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