La présentation est en train de télécharger. S'il vous plaît, attendez

La présentation est en train de télécharger. S'il vous plaît, attendez

4. Propriétés mécaniques: ténacité GCI 116 - Matériaux de lingénieur Plan 4.1 Comportement fragile 4.1.1 La fragilité 4.1.2 Concept de concentration de.

Présentations similaires


Présentation au sujet: "4. Propriétés mécaniques: ténacité GCI 116 - Matériaux de lingénieur Plan 4.1 Comportement fragile 4.1.1 La fragilité 4.1.2 Concept de concentration de."— Transcription de la présentation:

1 4. Propriétés mécaniques: ténacité GCI Matériaux de lingénieur Plan 4.1 Comportement fragile La fragilité Concept de concentration de contrainte 4.2 Comportement ductile La ductilité Glissement cristallographique Mobilité des dislocations Consolidation Des Matériaux À lire 4.3 p.161, 4.43, Partie 4 Propriétés mécaniques: ténacité

2 4. Propriétés mécaniques: ténacité GCI Matériaux de lingénieur La ténacité Si la résistance représente la capacité à reprendre une charge par unité de section, la rigidité une mesure de la résistance à lallongement et la ductilité lexpression de la possibilité de se déformer de façon permanente avant de se rompre, la ténacité est définie comme lopposition à la propagation brutale de fissures.

3 4. Propriétés mécaniques: ténacité GCI Matériaux de lingénieur Rappel Exemples

4 4. Propriétés mécaniques: ténacité GCI Matériaux de lingénieur La rupture ne se fait pas toujours au point dimpact Vidéo 4.34

5 4. Propriétés mécaniques: ténacité GCI Matériaux de lingénieur Ténacité des matériaux fragiles Nous avons vu précédemment que la résistance théorique dun matériau soit atteinte aux proximités dun défaut. Griffith a aussi exposé une théorie face à la ténacité des matériaux fragiles: Il y a propagation de fissure de façon catastrophique si les deux conditions suivantes sont simultanément satisfaites: a) Condition énergétique b) Condition mécanique Ces deux conditions dépendent des propriétés intrinsèques du matériau (E, s ), de la géométrie de la fissure (, a, r) et de la résistance réelle du matériau (R m ).

6 4. Propriétés mécaniques: ténacité GCI Matériaux de lingénieur a ) Condition énergétique Lorsquune fissure souvre, les liaisons situées dans la zone ombrée ne sont plus soumises à la contrainte appliquée énergie élastique libérée, W él. Pour que la fissure atteigne la longueur 2a, une certaine énergie a due être fournie pour vaincre les forces de surfaces, W S. Une fissure ne se propage que si laccroissement de sa longueur entraîne une diminution de lénergie totale du système. W = W s - W él

7 4. Propriétés mécaniques: ténacité GCI Matériaux de lingénieur Plus la fissure est grande, plus la contrainte nécessaire pour satisfaire la condition énergétique est faible. Griffith a donc défini une longueur critique de fissure. Cependant, pour quune fissure se propage, il faut aussi que la condition mécanique soit satisfaite.

8 4. Propriétés mécaniques: ténacité GCI Matériaux de lingénieur b ) Condition mécanique En tête de fissure, la contrainte locale doit au moins être égale à la résistance en traction réel du matériau, R m. Quand la contrainte locale est égale à R m, la longueur de la fissure augmente et, si le rayon de fond de fissure demeure le même, la valeur de la contrainte critique diminue expliquant la brutalité de la rupture.

9 4. Propriétés mécaniques: ténacité GCI Matériaux de lingénieur Analogie a) Condition énergétique W pot. = mg H b) Condition mécanique Les freins ne sont pas en fonction!

10 4. Propriétés mécaniques: ténacité GCI Matériaux de lingénieur Le risque dune rupture brutale des matériaux fragiles augmente avec le niveau de contrainte appliquée. Pour pallier à la faible ténacité des matériaux fragiles, deux solutions sont communément employées: - efforts appliqués sous forme de contraintes de compression exemples: béton précontraint, verre trempé Amélioration de la ténacité des matériaux fragiles Vidéo 4.36

11 4. Propriétés mécaniques: ténacité GCI Matériaux de lingénieur Précontrainte éléments structuraux en béton

12 4. Propriétés mécaniques: ténacité GCI Matériaux de lingénieur Post-contrainte déléments structuraux en béton

13 4. Propriétés mécaniques: ténacité GCI Matériaux de lingénieur - optimisation de la triaxialité des contraintes exemples: bois, PRFV Vidéo

14 4. Propriétés mécaniques: ténacité GCI Matériaux de lingénieur Ténacité des matériaux ductiles La théorie de la ténacité des matériaux développée par Griffith nest valable que pour les matériaux purement élastiques. La ténacité des matériaux ductiles est expliquée par la théorie de Griffith – Orowan: -La tête de fissure est soumise non seulement aux 3 contraintes principales mais aussi à des contraintes de cission. -Les cissions maximales forment un angle de 45° avec laxe de la fissure et entraînent le mouvement des dislocations: plastification.

15 4. Propriétés mécaniques: ténacité GCI Matériaux de lingénieur Ténacité des matériaux ductiles

16 4. Propriétés mécaniques: ténacité GCI Matériaux de lingénieur Conséquences de la ductilité sur la ténacité a) Condition énergétique Pour quune zone de plastification apparaisse, il faut fournir un travail plus important que celui nécessaire à la formation de deux nouvelles surfaces de fissure. La contrainte nécessaire pour que la condition énergétique soit satisfaite chez les matériaux ductiles est donc nettement supérieure à celle des matériaux fragiles. p (1000 à 2000) s W = (W s + W p ) - W él

17 4. Propriétés mécaniques: ténacité GCI Matériaux de lingénieur b) Condition mécanique La plastification en tête de fissure conduit à une augmentation du rayon de courbure qui à son tour entraîne une diminution du facteur de concentration de contrainte (Kt). Il faut donc appliquer une contrainte extérieure supérieure pour que la résistance à la traction du matériau soit atteinte aux extrémités de la fissure. Tant que max < R e les déformations demeurent élastiques max = K t K t (a/r o ) 1/2 K t r o

18 4. Propriétés mécaniques: ténacité GCI Matériaux de lingénieur b) Condition mécanique (suite) Si R e < max < R m les déformations sont plastiques Puisque r 1 > r o, on a émoussement de la tête de fissure. Comme K t1 < K to, il y a une diminution de leffet de concentration de contrainte. Vidéo 4.43

19 4. Propriétés mécaniques: ténacité GCI Matériaux de lingénieur En résumé, la ductilité modifie a) La condition énergétique en requérant de plus à lénergie de formation de surface, une énergie de déformation plastique qui est plusieurs fois supérieure à la première; b) La condition mécanique en diminuant de façon irréversible la concentration locale des contraintes par une plastification de la tête de fissure.

20 4. Propriétés mécaniques: ténacité GCI Matériaux de lingénieur Mesure de la ténacité À partir de la courbe de traction en mesurant laire sous la courbe.

21 4. Propriétés mécaniques: ténacité GCI Matériaux de lingénieur À partir de lessai de résilience (essai Charpy) en mesurant lénergie absorbée à la rupture de léprouvette. W = mg(h o - h) Vidéo 4.47

22 4. Propriétés mécaniques: ténacité GCI Matériaux de lingénieur Lessai Charpy permet aussi dévaluer la variation de la ténacité dun matériau. Vitesse de chargement et effet dentaille constants

23 4. Propriétés mécaniques: ténacité GCI Matériaux de lingénieur À partir de lessai de tenacité en caracté-risant le facteur dintensité de contrainte critique (mécanique de la rupture). La fissure est obtenue par un essai de fatigue de sorte à créer un rayon minimal. Léprouvette subie ensuite un essai de traction. À F c, le comportement n est plus élastique. Si les essais de résilience permettent de classer les matériaux, l essai de ténacité fournit le facteur critique d intensité de contrainte K c, critère de design dans le calcul dune pièce.

24 4. Propriétés mécaniques: ténacité GCI Matériaux de lingénieur Amélioration de la ténacité Lamélioration dune propriété est souvent accompagnée par la diminution dune autre. On doit savoir faire un compromis entre la résistance, la ductilité et la ténacité selon lutilisation prévue du matériau.

25 4. Propriétés mécaniques: ténacité GCI Matériaux de lingénieur Exemple Un alliage daluminium possède les propriétés suivantes: R e0,2 = 400 MPa R m = 480 MPa A= 11% K c = 35 MPa·m ½ À quelle valeur de contrainte y aura-t-il propa-gation brutale de la fissure si le plus grand défaut a les propriétés géométriques suivantes: a= 5 mm = 1 Assisterons-nous à une plastification du matériau avant rupture? Non c < R e0,2

26 4. Propriétés mécaniques: ténacité GCI Matériaux de lingénieur Exemple Le verre ordinaire a les propriétés suivantes: R m = 50 MPaK c = 0,7MPa·m ½ Quelle est la dimension maximale du défaut quon peut tolérer si R m doit être atteint (utiliser =1)?


Télécharger ppt "4. Propriétés mécaniques: ténacité GCI 116 - Matériaux de lingénieur Plan 4.1 Comportement fragile 4.1.1 La fragilité 4.1.2 Concept de concentration de."

Présentations similaires


Annonces Google