Résistance à la traction ultime
Résistance ultime à la traction ( UTS ), souvent abrégée en résistance à la traction ( TS ), résistance ultime , ou F tu {displaystyle F_{text{tu}}} 
Deux étaux appliquent une tension à un spécimen en tirant dessus, étirant le spécimen jusqu’à ce qu’il se fracture. La contrainte maximale qu’il supporte avant la rupture est sa résistance ultime à la traction.
La résistance à la traction ultime est généralement trouvée en effectuant un test de traction et en enregistrant la contrainte technique par rapport à la déformation . Le point le plus élevé de la courbe contrainte-déformation est la résistance à la traction ultime et a des unités de contrainte. Le point équivalent pour le cas de la compression, au lieu de la traction, est appelé la résistance à la compression .
Les résistances à la traction ont rarement une incidence sur la conception des éléments ductiles , mais elles sont importantes pour les éléments fragiles. Ils sont tabulés pour les matériaux courants tels que les alliages , les matériaux composites , la céramique , les plastiques et le bois.
Définition
La résistance ultime à la traction d’un matériau est une propriété intensive ; sa valeur ne dépend donc pas de la taille de l’éprouvette. Cependant, selon le matériau, cela peut dépendre d’autres facteurs, tels que la préparation de l’échantillon, la présence ou non de défauts de surface, et la température de l’environnement et du matériau d’essai.
Certains matériaux se cassent très brusquement, sans Déformation plastique , dans ce qu’on appelle une Rupture fragile. D’autres, qui sont plus ductiles, y compris la plupart des métaux, subissent une certaine Déformation plastique et éventuellement une striction avant la rupture.
La résistance à la traction est définie comme une contrainte, qui est mesurée en force par unité de surface. Pour certains matériaux non homogènes (ou pour des composants assemblés), il peut être rapporté simplement comme une force ou comme une force par unité de largeur. Dans le Système international d’unités (SI), l’unité est le pascal (Pa) (ou un multiple de celui-ci, souvent des mégapascals (MPa), en utilisant le préfixe SI méga ); ou, de manière équivalente en pascals, newtons par mètre carré (N/m 2 ). Une unité usuelle aux États-Unis est la livre par pouce carré (lb/in 2ou psi). Kilopounds par pouce carré (ksi, ou parfois kpsi) est égal à 1000 psi et est couramment utilisé aux États-Unis pour mesurer les résistances à la traction.
Matériaux ductiles
Figure 1 : Courbe contrainte-déformation (σ–ε) « Ingénierie » typique de l’aluminium
- Force ultime
- Limite d’élasticité
- Contrainte limite proportionnelle
- Fracture
- Souche de décalage (typiquement 0,2 %)
figure 2: Courbe contrainte-déformation “Ingénierie” (rouge) et “vraie” (bleue) typique de l’acier de construction .
- 1 : Force ultime
- 2 : Limite d’élasticité (Limite d’élasticité)
- 3 : Rupture
- 4 : Région d’écrouissage
- 5 : Région de striction
- A : Contrainte apparente ( F / A 0 )
- B : Contrainte réelle ( F / A )
De nombreux matériaux peuvent afficher un comportement élastique linéaire , défini par une relation contrainte-déformation linéaire , comme le montre la figure 1 jusqu’au point 3. Le comportement élastique des matériaux s’étend souvent dans une région non linéaire, représentée dans la figure 1 par le point 2 (le “Limite d’élasticité“), jusqu’à laquelle les déformations sont entièrement récupérables lors du retrait de la charge ; c’est-à-dire qu’un spécimen chargé élastiquement en tension s’allongera, mais reviendra à sa forme et à sa taille d’origine lorsqu’il sera déchargé. Au-delà de cette région élastique, pour les matériaux ductiles , comme l’acier, les déformations sont plastiques. Un spécimen déformé plastiquement ne reprend pas complètement sa taille et sa forme d’origine lorsqu’il est déchargé. Pour de nombreuses applications, la Déformation plastique est inacceptable et est utilisée comme limite de conception.
Après la Limite d’élasticité, les métaux ductiles subissent une période d’écrouissage, au cours de laquelle la contrainte augmente à nouveau avec l’augmentation de la déformation, et ils commencent à se resserrer , à mesure que la section transversale de l’échantillon diminue en raison de l’écoulement plastique. Dans un matériau suffisamment Ductile, lorsque la rétreinte devient importante, elle provoque une inversion de la courbe contrainte-déformation technique (courbe A, figure 2) ; cela est dû au fait que la contrainte d’ingénierie est calculée en supposant la zone de section transversale d’origine avant la rétreinte. Le point d’inversion est la contrainte maximale sur la courbe contrainte-déformation technique, et la coordonnée de contrainte technique de ce point est la résistance à la traction ultime, donnée par le point 1.
La résistance ultime à la traction n’est pas utilisée dans la conception des éléments statiques ductiles car les pratiques de conception dictent l’utilisation de la Limite d’élasticité . Il est cependant utilisé pour le contrôle de la qualité, en raison de la facilité des tests. Il est également utilisé pour déterminer grossièrement les types de matériaux pour des échantillons inconnus. [4]
La résistance à la traction ultime est un paramètre d’ingénierie courant pour concevoir des éléments constitués de matériaux fragiles car ces matériaux n’ont pas de limite d’ élasticité . [4]
Essai
Échantillon de barre ronde après essai de contrainte de traction Échantillons d’Essai de traction en aluminium après rupture 
Le côté “coupe” du modèle de défaillance caractéristique “coupe-cône” 
Certaines parties montrant la forme de “tasse” et d’autres montrant la forme de “cône”
En règle générale, le test consiste à prélever un petit échantillon avec une section transversale fixe, puis à le tirer avec un tensiomètre à un taux de déformation constant (changement de longueur de jauge divisé par la longueur de jauge initiale) jusqu’à ce que l’échantillon se casse.
Lors du test de certains métaux, la dureté d’indentation est en corrélation linéaire avec la résistance à la traction. Cette relation importante permet des tests non destructifs économiquement importants des livraisons de métaux en vrac avec des équipements légers, voire portables, tels que les testeurs de Dureté Rockwell portatifs . [5] Cette corrélation pratique aide l’assurance qualité dans les industries métallurgiques à s’étendre bien au-delà du laboratoire et des machines d’essai universelles .
Résistances à la traction typiques
| Matériel | Limite d’élasticité (MPa) |
Résistance ultime à la traction (MPa) |
Densité (g/cm 3 ) |
|---|---|---|---|
| Acier, acier de construction ASTM A36 | 250 | 400–550 | 7.8 |
| Acier, 1090 doux | 247 | 841 | 7.58 |
| Acier au chrome-vanadium AISI 6150 | 620 | 940 | 7.8 |
| Acier, acier maraging 2800 [6] | 2617 | 2693 | 8.00 |
| Acier, AerMet 340 [7] | 2160 | 2430 | 7,86 |
| Acier, fil de précision pour câble de diagraphie Sandvik Sanicro 36Mo [8] | 1758 | 2070 | 8.00 |
| Acier, AISI 4130, trempé à l’eau à 855 °C (1570 °F), revenu à 480 °C (900 °F) [9] |
951 | 1110 | 7,85 |
| Acier, API 5L X65 [10] | 448 | 531 | 7.8 |
| Acier, alliage haute résistance ASTM A514 | 690 | 760 | 7.8 |
| Acrylique , feuille coulée transparente (PMMA) [11] | 72 | 87 [12] | 1.16 |
| Polyéthylène haute densité (HDPE) | 26–33 | 37 | 0,85 |
| Polypropylène | 12–43 | 19,7–80 | 0,91 |
| Acier inoxydable AISI 302 – laminé à froid | 520 [ citation nécessaire ] | 860 | 8.19 |
| Fonte 4,5 % C, ASTM A-48 | 130 | 200 | 7.3 |
| Alliage de ” métal liquide ” [ citation nécessaire ] | 1723 | 550–1600 | 6.1 |
| Béryllium [13] 99,9 % Be | 345 | 448 | 1,84 |
| Alliage d’aluminium [14] 2014-T6 | 414 | 483 | 2.8 |
| Résine polyester (non renforcée) [15] | 55 | 55 | |
| Stratifié mat polyester et brins coupés 30% verre E [15] | 100 | 100 | |
| Composite époxy verre S [16] | 2358 | 2358 | |
| Alliage d’aluminium 6061-T6 | 241 | 300 | 2.7 |
| Cuivre 99.9% Cu | 70 | 220 [ citation nécessaire ] | 8,92 |
| Cupronickel 10 % Ni, 1,6 % Fe, 1 % Mn, reste Cu | 130 | 350 | 8,94 |
| Laiton | 200 + | 500 | 8.73 |
| Tungstène | 941 | 1510 | 19h25 |
| Verre | 33 [17] | 2.53 | |
| E-Verre | N / A | 1500 pour les stratifiés, 3450 pour les fibres seules |
2,57 |
| Verre S | N / A | 4710 | 2.48 |
| Fibre de basalte [18] | N / A | 4840 | 2.7 |
| Marbre | N / A | 15 | 2.6 |
| Béton | N / A | 2–5 | 2.7 |
| Fibre de carbone | N / A | 1600 pour les stratifiés, 4137 pour les fibres seules |
1,75 |
| Fibre de carbone (Toray T1100G) [19] (les fibres synthétiques les plus résistantes) |
7000 fibres seules | 1,79 | |
| Cheveux humains | 140–160 | 200–250 [20] | |
| Bambou | 350–500 | 0,4 | |
| Soie d’araignée (voir note ci-dessous) | 1000 | 1.3 | |
| Soie d’araignée, araignée de l’écorce de Darwin [21] | 1652 | ||
| Soie de Ver à soie | 500 | 1.3 | |
| Aramide ( Kevlar ou Twaron ) | 3620 | 3757 | 1.44 |
| UHMWPE [22] | 24 | 52 | 0,97 |
| Fibres UHMWPE [23] [24] (Dyneema ou Spectra) | 2300–3500 | 0,97 | |
| Vectran | 2850–3340 | 1.4 | |
| Polybenzoxazole (Zylon) [25] | 2700 | 5800 | 1,56 |
| Bois, pin (parallèle au grain) | 40 | ||
| Os (membre) | 104–121 | 130 | 1.6 |
| Nylon, moulé, 6PLA/6M [26] | 75-85 | 1.15 | |
| Fibre de nylon, étirée [27] | 900 [28] | 1.13 | |
| Adhésif époxy | – | 12–30 [29] | – |
| Caoutchouc | – | 16 | |
| Bore | N / A | 3100 | 2.46 |
| Silicium , monocristallin (m-Si) | N / A | 7000 | 2.33 |
| Brins de fibres optiques en verre de silice ultra-pur [30] | 4100 | ||
| Saphir (Al 2 O 3 ) | 400 à 25 °C, 275 à 500 °C, 345 à 1000 °C |
1900 | 3.9–4.1 |
| Nanotube de nitrure de bore | N / A | 33000 | 2,62 [31] |
| diamant | 1600 | 2800 ~80–90 GPa à micro-échelle [32] |
3.5 |
| graphène | N / A | intrinsèque 130000 ; [33] ingénierie 50 000–60 000 [34] |
1.0 |
| Premières cordes en nanotubes de carbone | ? | 3600 | 1.3 |
| Nanotube de carbone (voir note ci-dessous) | N / A | 11000–63000 | 0,037–1,34 |
| Composites de nanotubes de carbone | N / A | 1200 [35] | N / A |
| Film de nanotubes de carbone à haute résistance | N / A | 9600 [36] | N / A |
| Fer (monocristal pur) | 3 | 7.874 | |
| Dents de Patelle Patella vulgata ( nanocomposite de moustaches de goethite ) | 4900 3000–6500 [37] |
^ a De nombreuses valeurs dépendent du processus de fabrication et de la pureté ou de la composition. ^ b Les nanotubes de carbone multiparois ont la résistance à la traction la plus élevée de tous les matériaux encore mesurés, avec une mesure de 63 GPa, toujours bien en dessous d’une valeur théorique de 300 GPa. [38] Les premières cordes de nanotubes (20 mm de longueur) dont la résistance à la traction a été publiée (en 2000) avaient une résistance de 3,6 GPa. [39] La densité dépend de la méthode de fabrication et la valeur la plus basse est 0,037 ou 0,55 (solide). [40] ^c La résistance de la soie d’araignée est très variable. Cela dépend de nombreux facteurs, notamment le type de soie (chaque araignée peut en produire plusieurs à des fins diverses), l’espèce, l’âge de la soie, la température, l’humidité, la rapidité à laquelle la contrainte est appliquée pendant les tests, la contrainte de longueur est appliquée et la façon dont la soie est froncées (soie forcée ou filage naturel). [41] La valeur indiquée dans le tableau, 1000 MPa, est à peu près représentative des résultats de quelques études impliquant plusieurs espèces différentes d’araignées, mais les résultats spécifiques variaient considérablement. [42] ^ d La force des Cheveux humains varie selon l’origine ethnique et les traitements chimiques.
| Élément | Module d’ Young (GPa) |
Décalage ou Limite d’élasticité (MPa) |
Résistance ultime ( MPa ) |
|---|---|---|---|
| silicium | 107 | 5000–9000 | |
| tungstène | 411 | 550 | 550–620 |
| le fer | 211 | 80–100 | 350 |
| titane | 120 | 100–225 | 246–370 |
| cuivre | 130 | 117 | 210 |
| tantale | 186 | 180 | 200 |
| étain | 47 | 9–14 | 15–200 |
| alliage de zinc | 85–105 | 200–400 | 200–400 |
| nickel | 170 | 140–350 | 140–195 |
| argent | 83 | 170 | |
| or | 79 | 100 | |
| aluminium | 70 | 15–20 | 40–50 |
| mener | 16 | 12 |
Voir également
- Résistance à la flexion
- La résistance des matériaux
- Structure de traction
- Dureté
- Échec
- Tension (physique)
- Module d’Young
Références
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- ^ [1] Archivé le 23 mars 2014 à la Wayback Machine IAPD Propriétés typiques des acryliques
- ^ à proprement parler, ce chiffre est la résistance à la flexion (ou module de rupture ), qui est une mesure plus appropriée pour les matériaux fragiles que la “résistance ultime”.
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