Limite d’élasticité VS résistance à la traction : Comprendre les principales différences

Lorsqu'on se lance dans un projet, il est essentiel de choisir le bon matériau. La compréhension de la limite d'élasticité et de la résistance à la traction aide les ingénieurs et les concepteurs à choisir les matériaux qui répondent le mieux à leurs besoins spécifiques.

Table des matières

Qu’est-ce que la limite d’élasticité ?

Calculatrice et formule de la limite d'élasticité
Calculatrice et formule de la limite d’élasticité

La limite d’élasticité, représentée par σ y, est la contrainte la plus élevée qu’un matériau peut supporter avant de se déformer de façon permanente. Cette propriété mesure la ductilité d’un matériau. Sans atteindre ce point, cependant, le matériau reviendra toujours à sa forme initiale après la suppression de la contrainte.

La limite d’élasticité est démontrée en pliant une règle en plastique. Dans un premier temps, la règle retrouve sa planéité. Néanmoins, une flexion excessive dépasse la limite d’élasticité, ce qui entraîne soit une flexion permanente, soit une rupture. En d’autres termes, la contrainte d’épreuve implique un niveau de contrainte auquel commence un changement irréversible, comme dans le cas d’un allongement de 0,2 %.

Si vous êtes intéressé par la flexibilité pour des conceptions telles que les ponts suspendus qui s’ajustent en fonction du poids et du vent, il est essentiel de prendre en compte la limite d’élasticité. Toute déformation à partir de cette limite d’élasticité indique qu’une défaillance s’est produite, tandis que d’autres, comme le retour en forme de « U », sont assez bénéfiques car elles créent des parenthèses. Il s’agit désormais de la résistance à la traction.

Les matériaux se déforment sous l’effet d’une contrainte, c’est-à-dire qu’ils passent d’une déformation récupérable à une déformation permanente. La limite d’élasticité, souvent mesurée en N/m² ou en pascals (unité de limite d’élasticité), indique qu’au-delà d’un certain niveau de contrainte, les changements ne peuvent plus être inversés et sont devenus irréversibles ; elle indique donc le point de départ de la rupture sur le diagramme de la charge en fonction de l’extension, à un écart de proportionnalité.

C’est ce que l’on appelle la limite d’élasticité, déterminée par un essai de traction utilisant le calcul de la limite d’élasticité. Sur les courbes d’essai, les matériaux tels que certains plastiques présentent une déformation progressive, ce qui fait de la contrainte d’épreuve une autre mesure utile de leur comportement. La contrainte d’épreuve/contrainte de compensation indique la quantité de contrainte appliquée nécessaire pour obtenir une défromation permanente minimale à 0,2 % de déformation normalisée par rapport aux considérations de la formule de la limite d’élasticité.

Lorsque certaines substances telles que les métaux sont légèrement sollicitées, elles retrouvent leurs propriétés initiales appelées élasticité, mais lorsqu’elles sont tirées juste au-delà de cette limite, elles subissent une élongation ou une déformation permanente communément appelée effet de plasticité. Le mot « permanent » est utilisé pour désigner les changements permanents qui n’incluent aucun comportement élastique.

Qu’est-ce que la résistance à la traction ?

Diagramme tension-graine
Diagramme tension-graine

La résistance à la traction, également appelée résistance maximale à la traction (RMC), représente la contrainte maximale que le matériau peut supporter lorsqu’il est étiré ou tiré avant de s’ouvrir ou de se rompre. Avec d’autres propriétés, cette caractéristique est très importante pour révéler le comportement des matériaux sous une charge de traction. Elle peut aider à évaluer l’adéquation des matériaux à différentes applications, par exemple dans les domaines de l’ingénierie ou de la fabrication.

La résistance à la traction est généralement mesurée à l’aide d’un essai de traction : au cours de l’essai, le matériau est étiré jusqu’au point de rupture après avoir atteint la charge maximale admissible et est représenté sur la courbe contrainte-déformation. Le point maximal оn cette courbe lіkеwаrеs tо la résistance à la traction du matériau. L’équation sigma = Pf/Ao (signal est la résistance à la traction en N/m2 ou Pascals ; Pf est la charge à la rupture et Ao est la surface de la section transversale d’origine) peut également être utilisée pour déterminer la résistance à la traction.

La contrainte de force est une propriété associée qui définit la résistance qui empêche le matériau de se déformer lorsqu’une certaine contrainte est appliquée. Ce point concernant la limite d’élasticité est une zone de transition. En d’autres termes, le matériau ne reste plus dans un état élastique une fois que la contrainte appliquée est supprimée.

graphique d'essai de résistance à la traction
Graphique de l’essai de résistance à la traction

Les examens fastidieux de la résistance comportent souvent d’autres indications, notamment la résistance à la fracture, la résistance à la rupture et la contrainte de fracture, qui sont des noms alternatifs pour l’unité de contrainte dans laquelle le corps est brisé en deux fragments distincts.

La connaissance de ces propriétés est indispensable pour les pièces techniques et industrielles. Elles doivent supporter les contraintes attendues pendant leur durée de vie. Les propriétés sont également essentielles pour sélectionner les matériaux en tenant compte de la sécurité, des performances et des conditions variables. Par exemple, la température peut avoir un impact sur la résistance à la traction de matériaux tels que le cuivre.

Une comparaison approfondie de la limite d’élasticité et de la résistance à la traction

Comment trouver la limite d'élasticité ?
Comment trouver la limite d’élasticité ?

Explication de la limite élastique de la délicatesse et de la ductilité de la contrainte

La limite d’élasticité indique la contrainte nécessaire à la déformation plastique. En revanche, la résistance à la traction détermine le niveau de contrainte auquel la force entraîne la rupture du matériau. La limite d’élasticité est importante pour les matériaux qui se déforment (flexion ou cisaillement), comme les matériaux ductiles. En revanche, la résistance à la traction est un attribut essentiel des matériaux fragiles, qui se cassent très facilement.

Processus de déformation et d’essai

Tout d’abord, le dépassement de la limite d’élasticité des matériaux macroscopiques déclenche le processus de leur déformation. Ensuite, les essais de résistance à la traction ont lieu et impliquent la déformation. Dans le cas des matériaux fragiles, la résistance à la traction peut être considérée comme la limite d’élasticité et est fortement impliquée dans les petites déformations.

Considérations sur les matériaux dans la conception

La fiabilité est obtenue en construisant des structures à partir de matériaux qui se déforment en donnant la priorité à la déformation d’élasticité par rapport à la déformation de traction. Cette caractéristique en fait des matériaux solides et ductiles, capables de subir des déformations relativement importantes avant d’atteindre leur résistance à la traction. Pour les matériaux fragiles, la « résistance à la traction » est le facteur principal.

Analyse des contraintes dans la conception

La limite d’élasticité est étudiée pour différents états de contrainte subis sur plusieurs axes, contrairement à la résistance à la traction, qui est uni-axiale et n’étudie que la charge sur un seul axe. Une fois que les matériaux dépassent leur limite d’élasticité, ils se déforment jusqu’à ce qu’ils atteignent la résistance à la traction qui commence à une valeur numérique plus élevée.

Précision des mesures

La résistance à la traction est susceptible de faire l’objet de prévisions inexactes pour la plupart des matériaux, y compris l’acier. D’un autre côté, plutôt que d’être difficile à estimer, la résistance à la traction peut être calculée avec précision pour des matériaux comme l’acier. Il est nécessaire de connaître les différences entre les caractéristiques fortes et faibles. Cependant, il est primordial de les différencier en raison des avantages pratiques qu’elles présentent.

Comment choisir le matériau idéal pour les besoins de votre projet?

Lorsque vous choisissez le bon matériau pour votre projet, vous devez prendre en compte les facteurs de limite d’élasticité et de résistance à la traction. Ces indicateurs montrent comment le matériau réagit à la tension. Le fait de déterminer quand et comment utiliser ces paramètres a une incidence sur la sécurité et la réussite du projet. Parfois, il est indispensable de prendre en compte à la fois la résistance à la traction et la limite d’élasticité.

Évaluation des limites de contrainte des matériaux

Il s’agit d’une information que vous devez connaître car elle indique le niveau de contrainte qu’un matériau peut supporter avant de se déformer ou de se rompre. Dans de tels environnements, où les contraintes sont minimes ou modérées, on peut utiliser des matériaux dont la résistance à la traction et la limite d’élasticité sont plus faibles. L’adéquation du matériau est primordiale pour que ces projets résistent aux charges les plus lourdes et aux contraintes extrêmes. Par conséquent, la résistance de ce matériau doit être supérieure à celle des forces environnementales.

Équilibrer les propriétés des matériaux

Le choix du matériau approprié est d’une importance capitale dans tout projet. Il faut notamment veiller à l’équilibre entre la limite d’élasticité, la résistance à la traction et d’autres détails. Ce vote influence la viabilité du système, qui se traduit par la sécurité et la fiabilité. Il peut y avoir un effet réciproque de ces propriétés sur le comportement des matériaux. C’est pourquoi la connaissance de ces corrélations joue un rôle important.

Sélection des matériaux en fonction des besoins d’application.

La sélection des matériaux commence par une analyse détaillée des objectifs du projet. Le poids, la température et la résistance à la corrosion sont des facteurs à prendre en compte. La résistance du matériau aux contraintes attendues est un facteur essentiel pour déterminer les performances optimales du matériau.

Facteurs influençant le choix des matériaux

Tenez compte de différents facteurs lorsque vous choisissez les matériaux. Le coût, la disponibilité et l’usinabilité peuvent déterminer le choix des matériaux. Un autre aspect à prendre en compte est celui des caractéristiques environnementales de l’endroit où vous avez l’intention d’utiliser la technologie.

Limites d’élasticité et de traction des alliages courants

MatériauLimite d’élasticitéLa force ultime
Impérial (ksi)Métrique (MPa)Impérial (ksi)Métrique (MPa)
min.max.min.max.min.max.min.max.
Aluminium11.671172848193
Aluminium Bronze32452213107885540585
Béryllium35502403454551310370
Béryllium Cuivre1401759651205592034101480
Laiton (60/40)21501453455370370485
Laiton (jaune)15611054254791325625
Laiton (rouge)1263834354084275580
Bronze20551373803585241586
Cadmium9964649116278
Fonte (grise)1440982762263140431
Chrome29362002503942270290
Cobalt192913520033101230700
Cuivre101070703355230380
Or (24K) pur29292052051932130220
Le fer17211201502630180210
Fer (coulé)1440982762263140431
Fer (forgé)23321592214949234372
Plomb0.7225191.74.61232
Alliage de magnésium2.92320160152520280
Nickel205014035045110310760
Platine5.526381801720120140
Argent8855552046150360
Acier (carbone)35100248690492763401900
Acier inoxydable (304)14149797671604601100
Acier inoxydable (316)1313969667125460860
Etain1.31.399331919
Titane141498983367230460
Tungstène80805505501005006893447
Zinc2021135145
(Source du tableau : https://www.engineeringtoolbox.com/young-modulus-d_417.html)

Conclusion

Le choix du bon matériau implique une connaissance approfondie de la limite d’élasticité et de la résistance à la traction. Ces connaissances garantissent que votre projet résistera à toutes les contraintes opérationnelles, améliorant ainsi sa durabilité et ses performances.

Faites appel à nous pour obtenir des conseils d’experts sur la sélection des matériaux afin d’optimiser les performances et la sécurité de votre projet. Ensemble, construisons le succès !

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