Nick Connor

Les défauts macroscopiques tridimensionnels sont appelés défauts massifs. Ils se produisent généralement à une échelle beaucoup plus grande que les défauts microscopiques. Ces défauts macroscopiques sont généralement introduits dans un matériau lors de l’affinage à partir de son état brut ou lors des processus de fabrication. Ceux-ci incluent les fissures, les pores, les inclusions étrangères et d’autres phases. Le travail et le forgeage des métaux peuvent provoquer des fissures qui agissent comme des concentrateurs de contraintes et fragilisent le matériau. Tout défaut de soudure ou d’assemblage peut également être classé comme défaut global.

• Défauts tridimensionnels macroscopiques ou massifs, tels que pores, fissures ou inclusions.
• Vides – petites régions où il n’y a pas d’atomes et qui peuvent être considérées comme des grappes de lacunes.
• Les impuretés peuvent se regrouper pour former de petites régions d’une phase différente. Ceux-ci sont souvent appelés précipités.

1. Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 et 2. Janvier 1993.
2. Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 et 2. Janvier 1993.
3. William D. Callister, David G. Rethwisch. Science et génie des matériaux : une introduction 9e édition, Wiley ; 9 édition (4 décembre 2013), ISBN-13 : 978-1118324578.
4. En ligneEberhart, Mark (2003). Pourquoi les choses se cassent : Comprendre le monde par la manière dont il se décompose. Harmonie. ISBN 978-1-4000-4760-4.
5. Gaskell, David R. (1995). Introduction à la thermodynamique des matériaux (4e éd.). Éditions Taylor et Francis. ISBN 978-1-56032-992-3.
6. González-Viñas, W. & Mancini, HL (2004). Une introduction à la science des matériaux. Presse universitaire de Princeton. ISBN 978-0-691-07097-1.
7. Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Matériaux: ingénierie, science, traitement et conception (1ère éd.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
8. JR Lamarsh, AJ Baratta, Introduction au génie nucléaire, 3e éd., Prentice-Hall, 2001, ISBN : 0-201-82498-1.

Voir au dessus:

Défauts cristallographiques

Le maclage est un phénomène situé entre un défaut cristallographique et un joint de grain. Comme un joint de grain, un joint de macles a des orientations cristallines différentes sur ses deux côtés. Mais contrairement à un joint de grain, les orientations ne sont pas aléatoires, mais liées d’une manière spécifique, en miroir. Une frontière jumelle se produit lorsque les cristaux de chaque côté d’un plan sont des images miroir les uns des autres.

La frontière entre les cristaux maclés sera un seul plan d’atomes. Il n’y a pas de région de désordre et les atomes limites peuvent être considérés comme appartenant aux structures cristallines des deux macles.

Il existe trois modes de formation de cristaux maclés. Les macles sont soit grossies lors de la cristallisation, soit issues d’un travail mécanique ou thermique. Les jumeaux développés sont le résultat d’une interruption ou d’un changement du réseau pendant la formation ou la croissance en raison d’une déformation possible d’un ion de substitution plus grand. Les macles de recuit ou de transformation sont le résultat d’un changement de système cristallin pendant le refroidissement, car une forme devient instable et la structure cristalline doit se réorganiser ou se transformer en une autre forme plus stable. La déformation ou les macles glissantes sont le résultat d’une contrainte sur le cristal après sa formation.

1. Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 et 2. Janvier 1993.
2. Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 et 2. Janvier 1993.
3. William D. Callister, David G. Rethwisch. Science et génie des matériaux : une introduction 9e édition, Wiley ; 9 édition (4 décembre 2013), ISBN-13 : 978-1118324578.
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7. Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Matériaux: ingénierie, science, traitement et conception (1ère éd.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
8. JR Lamarsh, AJ Baratta, Introduction au génie nucléaire, 3e éd., Prentice-Hall, 2001, ISBN : 0-201-82498-1.

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Défauts cristallographiques

Les matériaux sont fréquemment choisis pour diverses applications car ils présentent des combinaisons souhaitables de caractéristiques mécaniques. Pour les applications structurelles, les propriétés des matériaux sont cruciales et les ingénieurs doivent en tenir compte. Le comportement mécanique d’un matériau reflète sa réponse ou sa déformation par rapport à une charge ou une force appliquée. Les principales propriétés de conception mécanique sont:

• Rigidité. La rigidité est la capacité d’un objet à résister à la déformation en réponse à une force appliquée.
• Force. La résistance est la capacité d’un matériau à résister à la déformation.
• Dureté. La dureté est la capacité de résister à l’indentation et aux rayures de la surface.
• Ductilité. La ductilité est la capacité d’un matériau à se déformer sous une charge de traction (% d’allongement).
• Robustesse. La ténacité est la capacité d’un matériau à absorber de l’énergie (ou à résister aux chocs) et à se déformer plastiquement sans se fracturer (ou se rompre); la résistance d’un matériau à la rupture lorsqu’il est sollicité; combinaison de résistance et de plasticité
• Malléabilité. La malléabilité est la capacité du matériau à être aplati en feuilles minces sous des applications de fortes forces de compression sans se fissurer par des moyens de travail à chaud ou à froid.
• Creep. Le fluage est la déformation lente et progressive d’un objet par rapport au temps.

1. Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 et 2. Janvier 1993.
2. Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 et 2. Janvier 1993.
3. William D. Callister, David G. Rethwisch. Science et génie des matériaux : une introduction 9e édition, Wiley ; 9 édition (4 décembre 2013), ISBN-13 : 978-1118324578.
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8. JR Lamarsh, AJ Baratta, Introduction au génie nucléaire, 3e éd., Prentice-Hall, 2001, ISBN : 0-201-82498-1.

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Propriétés des matériaux

Les propriétés des matériaux sont des propriétés intensives, c’est-à-dire qu’elles sont indépendantes de la quantité de masse et peut varier d’un endroit à l’autre du système à tout moment. La base de la science des matériaux consiste à étudier la structure des matériaux et à les relier à leurs propriétés (mécaniques, électriques, etc.). Une fois qu’un spécialiste des matériaux connaît cette corrélation structure-propriété, il peut ensuite étudier les performances relatives d’un matériau dans une application donnée. Les principaux déterminants de la structure d’un matériau et donc de ses propriétés sont ses éléments chimiques constitutifs et la manière dont il a été transformé en sa forme finale. Une compréhension des propriétés des matériaux est essentielle pour que le personnel de la centrale électrique comprenne pourquoi un matériau a été sélectionné pour certaines applications au sein de leur installation. Presque tous les processus qui ont lieu dans les installations nucléaires impliquent l’utilisation de métaux spécialisés.

Propriétés mécaniques

Les matériaux sont fréquemment choisis pour diverses applications car ils présentent des combinaisons souhaitables de caractéristiques mécaniques. Pour les applications structurelles, les propriétés des matériaux sont cruciales et les ingénieurs doivent en tenir compte. Le comportement mécanique d’un matériau reflète sa réponse ou sa déformation par rapport à une charge ou une force appliquée. Les principales propriétés de conception mécanique sont:

• Rigidité. La rigidité est la capacité d’un objet à résister à la déformation en réponse à une force appliquée.
• Force. La résistance est la capacité d’un matériau à résister à la déformation.
• Dureté. La dureté est la capacité de résister à l’indentation et aux rayures de la surface.
• Ductilité. La ductilité est la capacité d’un matériau à se déformer sous une charge de traction (% d’allongement).
• Robustesse. La ténacité est la capacité d’un matériau à absorber de l’énergie (ou à résister aux chocs) et à se déformer plastiquement sans se fracturer (ou se rompre); la résistance d’un matériau à la rupture lorsqu’il est sollicité; combinaison de résistance et de plasticité
• Malléabilité. La malléabilité est la capacité du matériau à être aplati en feuilles minces sous des applications de fortes forces de compression sans se fissurer par des moyens de travail à chaud ou à froid.
• Creep. Le fluage est la déformation lente et progressive d’un objet par rapport au temps.

1. Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 et 2. Janvier 1993.
2. Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 et 2. Janvier 1993.
3. William D. Callister, David G. Rethwisch. Science et génie des matériaux : une introduction 9e édition, Wiley ; 9 édition (4 décembre 2013), ISBN-13 : 978-1118324578.
4. En ligneEberhart, Mark (2003). Pourquoi les choses se cassent : Comprendre le monde par la manière dont il se décompose. Harmonie. ISBN 978-1-4000-4760-4.
5. Gaskell, David R. (1995). Introduction à la thermodynamique des matériaux (4e éd.). Éditions Taylor et Francis. ISBN 978-1-56032-992-3.
6. Gonzalez-Viñas, W. & Mancini, HL (2004). Une introduction à la science des matériaux. Presse universitaire de Princeton. ISBN 978-0-691-07097-1
7. Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Matériaux: ingénierie, science, traitement et conception (1ère éd.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
8. JR Lamarsh, AJ Baratta, Introduction au génie nucléaire, 3e éd., Prentice-Hall, 2001, ISBN : 0-201-82498-1.

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Science des matériaux

Certains matériaux 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. En science des matériaux, la ductilité est la capacité d’un matériau à subir de grandes déformations plastiques avant la rupture et c’est l’une des caractéristiques très importantes que les ingénieurs prennent en compte lors de la conception. La ductilité peut être exprimée en pourcentage d’allongement ou en pourcentage de réduction de surface à partir d’un essai de traction. La ductilité est un facteur important permettant à une structure de survivre à des charges extrêmes, telles que celles dues à de grands changements de pression, des tremblements de terre et des ouragans, sans subir de défaillance ou d’effondrement soudain. Il est défini comme:

En cas d’essai de traction, la ductilité est mesurée par un pourcentage de réduction de surface. Il mesure la quantité de striction (ou changement de section transversale) qui se produit avant la rupture ultime comme suit:

Il est possible de distinguer certaines caractéristiques communes entre les courbes contrainte-déformation de divers groupes de matériaux. Sur cette base, il est possible de diviser les matériaux en deux grandes catégories; à savoir:

• Matériaux ductiles. La ductilité est la capacité d’un matériau à s’allonger en traction. Un matériau ductile se déformera (s’allongera) plus qu’un matériau fragile. Les matériaux ductiles présentent de grandes déformations avant rupture. Dans la rupture ductile, une déformation plastique importante (rétrécissement) a lieu avant la rupture. La rupture ductile (rupture par cisaillement) est meilleure que la rupture fragile, car il y a une propagation lente et une absorption d’une grande quantité d’énergie avant la rupture. La ductilité est souhaitable dans les applications à haute température et haute pression dans les réacteurs en raison des contraintes supplémentaires sur les métaux. La ductilité élevée dans ces applications aide à prévenir les ruptures fragiles.
• Matériaux fragiles. Les matériaux fragiles, lorsqu’ils sont soumis à des contraintes, se rompent avec peu de déformation élastique et sans déformation plastique importante. Les matériaux fragiles absorbent relativement peu d’énergie avant la rupture, même ceux à haute résistance. Dans la rupture fragile (clivage transgranulaire), aucune déformation plastique apparente n’a lieu avant la rupture. Les fissures se propagent rapidement.

La distinction entre fragilité et ductilité n’est pas évidente, notamment parce que la ductilité et le comportement fragile dépendent non seulement du matériau en question, mais également de la nature et du type de contrainte, du taux de chargement (usure par fatigue) et de la thermodynamics/thermodynamic-properties/what-is-temperature-physics/ »>température (transition ductile-fragile). La figure suivante montre une courbe contrainte-déformation typique d’un matériau ductile et d’un matériau fragile. Un matériau ductile est un matériau dont la résistance est faible et la région plastique est grande. Le matériau supportera plus de déformation (déformation) avant la rupture. Un matériau fragile est un matériau où la région plastique est petite et la résistance du matériau est élevée. L’essai de traction fournit trois faits descriptifs sur un matériau. Il s’agit de la contrainte à laquelle commence la déformation plastique observable ou «élasticité»; la résistance ultime à la traction ou l’intensité maximale de la charge pouvant être supportée en traction; et le pourcentage d’allongement ou de déformation (le degré d’étirement du matériau) et le pourcentage de réduction de la section transversale causé par l’étirement. Le point de rupture ou de fracture peut également être déterminé.

Ductilité et ténacité

La ductilité est plus communément définie comme la capacité d’un matériau à se déformer facilement lors de l’application d’une force de traction, ou comme la capacité d’un matériau à résister à la déformation plastique sans rupture. La ductilité peut également être considérée en termes d’aptitude au pliage et d’écrasement. Habituellement, si deux matériaux ont la même résistance et la même dureté, celui qui a la ductilité la plus élevée est plus souhaitable. La ductilité de nombreux métaux peut changer si les conditions sont modifiées. Une augmentation de la température augmentera la ductilité. Une diminution de la température entraînera une diminution de la ductilité et un changement de comportement ductile à fragile. La rupture ductile (rupture par cisaillement) est meilleure que la rupture fragile, car il y a une propagation lente et une absorption d’une grande quantité d’énergie avant la rupture. La ductilité est souhaitable dans les applications à haute température et haute pression dans les réacteurs en raison des contraintes supplémentaires sur les métaux. La ductilité élevée dans ces applications aide à prévenir les ruptures fragiles. La ductilité contribue également à une autre propriété matérielle appelée dureté. La ténacité combine résistance et ductilité en une seule propriété mesurable et nécessite un équilibre entre résistance et ductilité.

La ténacité est la capacité d’un matériau à absorber de l’énergie et à se déformer plastiquement sans se fracturer. Une définition de la ténacité (ou plus précisément de la ténacité à la rupture ) est qu’il s’agit d’une propriété qui indique la résistance d’un matériau à la rupture lorsqu’une fissure (ou un autre défaut de concentration de contrainte) est présente. La ténacité est généralement mesurée par le test Charpy ou le test Izod. Le test d’impact mesure la ténacité dans des conditions de chargement soudain et la présence de défauts tels que des encoches ou des fissures qui concentreront les contraintes aux points faibles. La ténacité peut également être définie par rapport aux régions d’un diagramme contrainte-déformation. La ténacité est liée à la surface sous la courbe contrainte-déformation. La courbe contrainte-déformation mesure la ténacité sous une charge progressivement croissante. Pour être résistant, un matériau doit être à la fois solide et ductile. La figure suivante montre une courbe contrainte-déformation typique d’un matériau ductile et d’un matériau fragile. Par exemple, les matériaux fragiles (comme la céramique) qui sont solides mais avec une ductilité limitée ne sont pas résistants; à l’inverse, les matériaux très ductiles avec de faibles résistances ne sont pas non plus tenaces. Pour être résistant, un matériau doit résister à la fois à des contraintes élevées et à des déformations élevées.

Température de transition ductile-fragile

Comme cela a été écrit, la distinction entre fragilité et ductilité n’est pas évidente, en particulier parce que la ductilité et le comportement fragile dépendent non seulement du matériau en question, mais également de la température (transition ductile-fragile) du matériau. L’effet de la température sur la nature de la fracture est d’une importance considérable. De nombreux aciers présentent une rupture ductile à des températures élevées et une rupture fragile à basse température. La température au-dessus de laquelle un matériau est ductile et en dessous de laquelle il est cassant est appelée température de transition ductile-fragile (DBTT), température de ductilité nulle (NDT) ou température de transition de ductilité nulle. Cette température n’est pas précise mais varie en fonction des traitements mécaniques et thermiques préalables et de la nature et des quantités d’impuretés. Il peut être déterminé par une certaine forme de test de chute de poids (par exemple, les tests Charpy ou Izod).

La température de transition ductile-fragile (DBT) est la température à laquelle l’énergie de rupture passe en dessous d’une valeur prédéterminée (par exemple 40 J pour un essai de choc Charpy standard). La ductilité est une exigence essentielle pour les aciers utilisés dans la construction des composants du réacteur, tels que la cuve du réacteur. Par conséquent, le DBTT est important dans l’exploitation de ces navires. Dans ce cas, la taille du grain détermine les propriétés du métal. Par exemple, une taille de grain plus petite augmente la résistance à la traction, tend à augmenter la ductilité et entraîne une diminution du DBTT. Taille d’un grain est maîtrisée par le traitement thermique dans le cahier des charges et la fabrication des cuves des réacteurs. Le DBTT peut également être abaissé par de petites additions d’éléments d’alliage sélectionnés tels que le nickel et le manganèse aux aciers à faible teneur en carbone.

Typiquement, les aciers faiblement alliés de la cuve sous pression du réacteur sont des aciers ferritiques qui présentent le comportement classique de transition ductile à fragile avec une température décroissante. Cette température de transition est de la plus haute importance lors du réchauffement de l’installation.

Modes de défaillance:

• Région de faible ténacité: le principal mode de rupture est la rupture fragile (clivage transgranulaire). Dans la rupture fragile, aucune déformation plastique apparente n’a lieu avant la rupture. Les fissures se propagent rapidement.
• Région à haute ténacité: le principal mode de rupture est la rupture ductile (rupture par cisaillement). Dans la rupture ductile, une déformation plastique importante (rétrécissement) a lieu avant la rupture. La rupture ductile est meilleure que la rupture fragile, car il y a une propagation lente et une absorption d’une grande quantité d’énergie avant la rupture.

Dans certains matériaux, la transition est plus nette que d’autres et nécessite généralement un mécanisme de déformation sensible à la température. Par exemple, dans les matériaux avec un réseau cubique centré sur le corps (bcc), le DBTT est facilement apparent, car le mouvement des dislocations de vis est très sensible à la température car le réarrangement du noyau de dislocation avant le glissement nécessite une activation thermique. Cela peut être problématique pour les aciers à forte teneur en ferrite. Cela a entraîné de graves fissures dans la coque des navires Liberty dans les eaux plus froides pendant la Seconde Guerre mondiale, provoquant de nombreux naufrages. Les récipients étaient construits en un alliage d’acier qui possédait une ténacité adéquate selon les essais de traction à température ambiante. Les ruptures fragiles se sont produites à des températures ambiantes relativement basses, à environ 4°C (40°F), au voisinage de la température de transition de l’alliage. Il convient de noter que les métaux FCC à faible résistance (par exemple, les alliages de cuivre) et la plupart des HCP les métaux ne subissent pas de transition ductile à fragile et restent résistants même à des températures plus basses. D’autre part, de nombreux métaux à haute résistance (par exemple les aciers à très haute résistance) ne connaissent pas non plus de transition ductile à fragile, mais, dans ce cas, ils restent très fragiles.

Le DBTT peut également être influencé par des facteurs externes tels que le rayonnement neutronique, ce qui entraîne une augmentation des défauts du réseau interne et une diminution correspondante de la ductilité et une augmentation du DBTT.

Fragilisation par irradiation

Au cours de l’exploitation d’une centrale nucléaire, le matériau de la cuve sous pression du réacteur et le matériau des autres internes du réacteur sont exposés à un rayonnement neutronique (en particulier aux neutrons rapides > 0,5 MeV), ce qui entraîne une fragilisation localisée de l’acier et des soudures dans le réacteur. zone du cœur du réacteur. Ce phénomène, connu sous le nom de fragilisation par irradiation, entraîne une augmentation constante du DBTT. Il est peu probable que le DBTT s’approche de la température de fonctionnement normale de l’acier. Cependant, il est possible que lors de l’arrêt du réacteur ou lors d’un refroidissement anormal, la température tombe en dessous de la valeur DBTT alors que la pression interne est encore élevée. Par conséquent, les autorités de réglementation nucléaire exigent qu’un programme de surveillance des matériaux de la cuve du réacteur soit mené dans les réacteurs de puissance refroidis à l’eau.

Voir aussi: Réflecteur de neutrons

La fragilisation par irradiation peut entraîner une perte de résistance à la rupture. Typiquement, les aciers faiblement alliés de la cuve sous pression du réacteur sont des aciers ferritiques qui présentent le comportement classique de transition ductile à fragile avec une température décroissante. Cette température de transition est de la plus haute importance lors du réchauffement de l’installation.

Modes de défaillance:

• Région de faible ténacité: le principal mode de rupture est la rupture fragile (clivage transgranulaire). Dans la rupture fragile, aucune déformation plastique apparente n’a lieu avant la rupture. Les fissures se propagent rapidement.
• Région à haute ténacité: le principal mode de rupture est la rupture ductile (rupture par cisaillement). Dans la rupture ductile, une déformation plastique importante (rétrécissement) a lieu avant la rupture. La rupture ductile est meilleure que la rupture fragile, car il y a une propagation lente et une absorption d’une grande quantité d’énergie avant la rupture.

L’irradiation neutronique tend à augmenter la température (température de transition ductile-fragile) à laquelle cette transition se produit et tend à diminuer la ténacité ductile.

1. Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 et 2. Janvier 1993.
2. Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 et 2. Janvier 1993.
3. William D. Callister, David G. Rethwisch. Science et génie des matériaux : une introduction 9e édition, Wiley ; 9 édition (4 décembre 2013), ISBN-13 : 978-1118324578.
4. En ligneEberhart, Mark (2003). Pourquoi les choses se cassent : Comprendre le monde par la manière dont il se décompose. Harmonie. ISBN 978-1-4000-4760-4.
5. Gaskell, David R. (1995). Introduction à la thermodynamique des matériaux (4e éd.). Éditions Taylor et Francis. ISBN 978-1-56032-992-3.
6. González-Viñas, W. & Mancini, HL (2004). Une introduction à la science des matériaux. Presse universitaire de Princeton. ISBN 978-0-691-07097-1.
7. Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Matériaux: ingénierie, science, traitement et conception (1ère éd.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
8. JR Lamarsh, AJ Baratta, Introduction au génie nucléaire, 3e éd., Prentice-Hall, 2001, ISBN : 0-201-82498-1.

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Propriétés des matériaux

En mécanique des matériaux, la résistance d’un matériau est sa capacité à supporter une charge appliquée sans rupture ni déformation plastique. La résistance des matériaux considère essentiellement la relation entre les charges externes appliquées à un matériau et la déformation ou la modification des dimensions du matériau qui en résulte. Lors de la conception de structures et de machines, il est important de tenir compte de ces facteurs, afin que le matériau sélectionné ait une résistance suffisante pour résister aux charges ou forces appliquées et conserver sa forme d’origine. La résistance d’un matériau est sa capacité à supporter cette charge appliquée sans défaillance ni déformation plastique.

Cependant, il faut noter que la charge qui va déformer un petit composant, sera inférieure à la charge pour déformer un plus gros composant du même matériau. Par conséquent, la charge (force) n’est pas un terme approprié pour décrire la force. Au lieu de cela, nous pouvons utiliser la force (charge) par unité de surface (σ = F/A), appelée contrainte, qui est constante (jusqu’à ce qu’une déformation se produise) pour un matériau donné, quelle que soit la taille du composant. Dans ce concept, la déformation est également une variable très importante, puisqu’elle définit la déformation d’un objet. En résumé, le comportement mécanique des solides est généralement défini par des relations constitutives contrainte-déformation. Une déformation est appelée déformation élastique, si la contrainte est une fonction linéaire de la déformation. En d’autres termes, le stress et la déformation suivent la loi de Hooke. Au-delà de la région linéaire, la contrainte et la déformation présentent un comportement non linéaire. Ce comportement inélastique est appelé déformation plastique.

Stress

En mécanique et science des matériaux, la contrainte (représentée par une lettre grecque minuscule sigma – σ) est une grandeur physique qui exprime les forces internes que les particules voisines d’un matériau continu exercent les unes sur les autres, tandis que la déformation est la mesure de la déformation du matériau qui n’est pas une grandeur physique.

Bien qu’il soit impossible de mesurer l’intensité de cette contrainte, la charge externe et la zone sur laquelle elle est appliquée peuvent être mesurées. La contrainte (σ) peut être assimilée à la charge par unité de surface ou à la force (F) appliquée par section transversale (A) perpendiculaire à la force comme suit:

Lorsqu’un métal est soumis à une charge (force), il est déformé ou déformé, quelle que soit la force du métal ou la légèreté de la charge. Si la charge est faible, la distorsion disparaîtra probablement lorsque la charge sera retirée. L’intensité ou le degré de distorsion est appelé déformation. Une déformation est appelée déformation élastique, si la contrainte est une fonction linéaire de la déformation. En d’autres termes, le stress et la déformation suivent la loi de Hooke. Au-delà de la région linéaire, la contrainte et la déformation présentent un comportement non linéaire. Ce comportement inélastique est appelé déformation plastique.

La contrainte est la résistance interne, ou contre-force, d’un matériau aux effets déformants d’une force ou d’une charge externe. Ces contre-forces tendent à ramener les atomes à leur position normale. La résistance totale développée est égale à la charge externe.

Souche

En science des matériaux, la déformation est également une variable très importante, puisqu’elle définit la déformation d’un objet. Contrairement au stress dans un objet, que vous ne pouvez pas réellement voir, la déformation est une quantité visible et mesurable. Lorsque vous tirez sur une tige de tension, vous pouvez voir la tige augmenter physiquement en longueur (ou s’allonger). Lorsque vous pliez une poutre, vous la voyez se courber. Les déformations sont un indicateur direct de déformation. Le comportement mécanique des solides est généralement défini par des relations constitutives contrainte-déformation. Lorsqu’un métal est soumis à une charge (force), il est déformé ou déformé, quelle que soit la force du métal ou la légèreté de la charge. Si la charge est faible, la distorsion disparaîtra probablement lorsque la charge sera retirée. Un tel changement dimensionnel proportionnel (intensité ou degré de distorsion) est appelé déformation et est mesuré comme la déformation totale (allongement) par longueur de référence de matériau due à une certaine contrainte appliquée.

Contrainte – Courbe de déformation

La résistance des matériaux considère essentiellement la relation entre les charges externes appliquées à un matériau et la déformation ou la modification des dimensions du matériau qui en résulte. Lors de la conception de structures et de machines, il est important de tenir compte de ces facteurs, afin que le matériau sélectionné ait une résistance suffisante pour résister aux charges ou forces appliquées et conserver sa forme d’origine. La résistance d’un matériau est sa capacité à supporter cette charge appliquée sans défaillance ni déformation plastique.

Cependant, il faut noter que la charge qui va déformer un petit composant, sera inférieure à la charge pour déformer un plus gros composant du même matériau. Par conséquent, la charge (force) n’est pas un terme approprié pour décrire la force. Au lieu de cela, nous pouvons utiliser la force (charge) par unité de surface (σ = F/A), appelée contrainte, qui est constante (jusqu’à ce qu’une déformation se produise) pour un matériau donné, quelle que soit la taille du composant. Dans ce concept, la déformation est également une variable très importante, puisqu’elle définit la déformation d’un objet. En résumé, le comportement mécanique des solides est généralement défini par des relations constitutives contrainte-déformation. Une déformation est appelée déformation élastique, si la contrainte est une fonction linéaire de la déformation. En d’autres termes, le stress et la déformation suivent la loi de Hooke. Au-delà de la région linéaire, la contrainte et la déformation présentent un comportement non linéaire. Ce comportement inélastique est appelé déformation plastique.

Un diagramme schématique de la courbe contrainte-déformation de l’acier à faible teneur en carbone à température ambiante est présenté dans la figure. Il existe plusieurs étapes montrant des comportements différents, ce qui suggère des propriétés mécaniques différentes. Pour clarifier, les matériaux peuvent manquer une ou plusieurs étapes indiquées sur la figure, ou avoir des étapes totalement différentes. Dans ce cas, nous devons faire la distinction entre les caractéristiques de contrainte-déformation des matériaux ductiles et fragiles. Les points suivants décrivent les différentes régions de la courbe contrainte-déformation et l’importance de plusieurs emplacements spécifiques.

• Limite proportionnelle. La limite proportionnelle correspond à l’emplacement de la contrainte à l’extrémité de la région linéaire, de sorte que le graphique contrainte-déformation est une ligne droite et le gradient sera égal au module d’élasticité du matériau. Pour les contraintes de traction et de compression, la pente de la partie de la courbe où la contrainte est proportionnelle à la déformation est appelée module de Young et la loi de Hooke s’applique. Entre la limite proportionnelle et la limite d’élasticité, la loi de Hooke devient discutable et la déformation augmente plus rapidement.
• Point de rendement. La limite d’élasticité est le point sur une courbe contrainte-déformation qui indique la limite du comportement élastique et le début du comportement plastique. La limite d’élasticité ou la limite d’élasticité est la propriété du matériau définie comme la contrainte à laquelle un matériau commence à se déformer plastiquement, tandis que la limite d’élasticité est le point où la déformation non linéaire (élastique + plastique) commence. Avant la limite d’élasticité, le matériau se déforme élastiquement et reprend sa forme d’origine lorsque la contrainte appliquée est supprimée. Une fois la limite d’élasticité dépassée, une partie de la déformation sera permanente et irréversible. Certains aciers et autres matériaux présentent un comportement appelé phénomène de limite d’élasticité. Les limites d’élasticité varient de 35 MPa pour un aluminium à faible résistance à plus de 1400 MPa pour les aciers à très haute résistance.
• Résistance à la traction ultime. La résistance à la traction ultime est le maximum sur la courbe technique de contrainte-déformation. Cela correspond à la contrainte maximale qui peut être soutenu par une structure en tension. La résistance à la traction ultime est souvent abrégée en « résistance à la traction » ou même en « l’ultime ». Si cette contrainte est appliquée et maintenue, une fracture en résultera. Souvent, cette valeur est nettement supérieure à la limite d’élasticité (jusqu’à 50 à 60 % de plus que le rendement pour certains types de métaux). Lorsqu’un matériau ductile atteint sa résistance ultime, il subit une striction où la section transversale se réduit localement. La courbe contrainte-déformation ne contient pas de contrainte supérieure à la résistance ultime. Même si les déformations peuvent continuer à augmenter, la contrainte diminue généralement après que la résistance ultime a été atteinte. C’est une propriété intensive; sa valeur ne dépend donc pas de la taille de l’éprouvette. Cependant, cela dépend d’autres facteurs, température de l’environnement et du matériau d’essai. Les résistances ultimes à la traction varient de 50 MPa pour un aluminium jusqu’à 3000 MPa pour les aciers à très haute résistance.
• Point de rupture: Le point de rupture est le point de déformation où le matériau se sépare physiquement. À ce point, la déformation atteint sa valeur maximale et le matériau se rompt effectivement, même si la contrainte correspondante peut être inférieure à la résistance ultime à ce point. Les matériaux ductiles ont une résistance à la rupture inférieure à la résistance ultime à la traction (UTS), alors que dans les matériaux fragiles, la résistance à la rupture est équivalente à l’UTS. Si un matériau ductile atteint sa résistance ultime à la traction dans une situation de charge contrôlée, il continuera à se déformer, sans application de charge supplémentaire, jusqu’à ce qu’il se rompe. Cependant, si le chargement est contrôlé en déplacement, la déformation du matériau peut soulager la charge, empêchant la rupture.

Dans de nombreuses situations, la limite d’élasticité est utilisée pour identifier la contrainte admissible à laquelle un matériau peut être soumis. Pour les composants devant résister à des pressions élevées, comme ceux utilisés dans les réacteurs à eau sous pression (REP), ce critère n’est pas suffisant. Pour couvrir ces situations, la théorie de la contrainte de cisaillement maximale de rupture a été incorporée dans le code ASME (The American Society of Mechanical Engineers) Boiler and Pressure Vessel Code, Section III, Rules for Construction of Nuclear Pressure Vessels. Cette théorie stipule que la défaillance d’un composant de tuyauterie se produit lorsque la contrainte de cisaillement maximale dépasse la contrainte de cisaillement au point d’élasticité lors d’un essai de traction.

1. Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 et 2. Janvier 1993.
2. Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 et 2. Janvier 1993.
3. William D. Callister, David G. Rethwisch. Science et génie des matériaux : une introduction 9e édition, Wiley ; 9 édition (4 décembre 2013), ISBN-13 : 978-1118324578.
4. En ligneEberhart, Mark (2003). Pourquoi les choses se cassent : Comprendre le monde par la manière dont il se décompose. Harmonie. ISBN 978-1-4000-4760-4.
5. Gaskell, David R. (1995). Introduction à la thermodynamique des matériaux (4e éd.). Éditions Taylor et Francis. ISBN 978-1-56032-992-3.
6. González-Viñas, W. & Mancini, HL (2004). Une introduction à la science des matériaux. Presse universitaire de Princeton. ISBN 978-0-691-07097-1.
7. Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Matériaux: ingénierie, science, traitement et conception (1ère éd.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
8. JR Lamarsh, AJ Baratta, Introduction au génie nucléaire, 3e éd., Prentice-Hall, 2001, ISBN : 0-201-82498-1.

Voir au dessus:

Force

La résistance des matériaux considère essentiellement la relation entre les charges externes appliquées à un matériau et la déformation ou la modification des dimensions du matériau qui en résulte. Lors de la conception de structures et de machines, il est important de tenir compte de ces facteurs, afin que le matériau sélectionné ait une résistance suffisante pour résister aux charges ou forces appliquées et conserver sa forme d’origine. La résistance d’un matériau est sa capacité à supporter cette charge appliquée sans défaillance ni déformation plastique.

Cependant, il faut noter que la charge qui va déformer un petit composant, sera inférieure à la charge pour déformer un plus gros composant du même matériau. Par conséquent, la charge (force) n’est pas un terme approprié pour décrire la force. Au lieu de cela, nous pouvons utiliser la force (charge) par unité de surface (σ = F/A), appelée contrainte, qui est constante (jusqu’à ce qu’une déformation se produise) pour un matériau donné, quelle que soit la taille du composant. Dans ce concept, la déformation est également une variable très importante, puisqu’elle définit la déformation d’un objet. En résumé, le comportement mécanique des solides est généralement défini par des relations constitutives contrainte-déformation. Une déformation est appelée déformation élastique, si la contrainte est une fonction linéaire de la déformation. En d’autres termes, le stress et la déformation suivent la loi de Hooke. Au-delà de la région linéaire, la contrainte et la déformation présentent un comportement non linéaire. Ce comportement inélastique est appelé déformation plastique.

Un diagramme schématique de la courbe contrainte-déformation de l’acier à faible teneur en carbone à température ambiante est présenté dans la figure. Il existe plusieurs étapes montrant des comportements différents, ce qui suggère des propriétés mécaniques différentes. Pour clarifier, les matériaux peuvent manquer une ou plusieurs étapes indiquées sur la figure, ou avoir des étapes totalement différentes. Dans ce cas, nous devons faire la distinction entre les caractéristiques de contrainte-déformation des matériaux ductiles et fragiles. Les points suivants décrivent les différentes régions de la courbe contrainte-déformation et l’importance de plusieurs emplacements spécifiques.

• Limite proportionnelle. La limite proportionnelle correspond à l’emplacement de la contrainte à l’extrémité de la région linéaire, de sorte que le graphique contrainte-déformation est une ligne droite et le gradient sera égal au module d’élasticité du matériau. Pour les contraintes de traction et de compression, la pente de la partie de la courbe où la contrainte est proportionnelle à la déformation est appelée module de Young et la loi de Hooke s’applique. Entre la limite proportionnelle et la limite d’élasticité, la loi de Hooke devient discutable et la déformation augmente plus rapidement.
• Point de rendement. La limite d’élasticité est le point sur une courbe contrainte-déformation qui indique la limite du comportement élastique et le début du comportement plastique. La limite d’élasticité ou la limite d’élasticité est la propriété du matériau définie comme la contrainte à laquelle un matériau commence à se déformer plastiquement, tandis que la limite d’élasticité est le point où la déformation non linéaire (élastique + plastique) commence. Avant la limite d’élasticité, le matériau se déforme élastiquement et reprend sa forme d’origine lorsque la contrainte appliquée est supprimée. Une fois la limite d’élasticité dépassée, une partie de la déformation sera permanente et irréversible. Certains aciers et autres matériaux présentent un comportement appelé phénomène de limite d’élasticité. Les limites d’élasticité varient de 35 MPa pour un aluminium à faible résistance à plus de 1400 MPa pour les aciers à très haute résistance.
• Résistance à la traction ultime. La résistance à la traction ultime est le maximum sur la courbe technique de contrainte-déformation. Cela correspond à la contrainte maximale qui peut être soutenu par une structure en tension. La résistance à la traction ultime est souvent abrégée en « résistance à la traction » ou même en « l’ultime ». Si cette contrainte est appliquée et maintenue, une fracture en résultera. Souvent, cette valeur est nettement supérieure à la limite d’élasticité (jusqu’à 50 à 60 % de plus que le rendement pour certains types de métaux). Lorsqu’un matériau ductile atteint sa résistance ultime, il subit une striction où la section transversale se réduit localement. La courbe contrainte-déformation ne contient pas de contrainte supérieure à la résistance ultime. Même si les déformations peuvent continuer à augmenter, la contrainte diminue généralement après que la résistance ultime a été atteinte. C’est une propriété intensive; sa valeur ne dépend donc pas de la taille de l’éprouvette. Cependant, cela dépend d’autres facteurs, température de l’environnement et du matériau d’essai. Les résistances ultimes à la traction varient de 50 MPa pour un aluminium jusqu’à 3000 MPa pour les aciers à très haute résistance.
• Point de rupture: Le point de rupture est le point de déformation où le matériau se sépare physiquement. À ce point, la déformation atteint sa valeur maximale et le matériau se rompt effectivement, même si la contrainte correspondante peut être inférieure à la résistance ultime à ce point. Les matériaux ductiles ont une résistance à la rupture inférieure à la résistance ultime à la traction (UTS), alors que dans les matériaux fragiles, la résistance à la rupture est équivalente à l’UTS. Si un matériau ductile atteint sa résistance ultime à la traction dans une situation de charge contrôlée, il continuera à se déformer, sans application de charge supplémentaire, jusqu’à ce qu’il se rompe. Cependant, si le chargement est contrôlé en déplacement, la déformation du matériau peut soulager la charge, empêchant la rupture.

Dans de nombreuses situations, la limite d’élasticité est utilisée pour identifier la contrainte admissible à laquelle un matériau peut être soumis. Pour les composants devant résister à des pressions élevées, comme ceux utilisés dans les réacteurs à eau sous pression (REP), ce critère n’est pas suffisant. Pour couvrir ces situations, la théorie de la contrainte de cisaillement maximale de rupture a été incorporée dans le code ASME (The American Society of Mechanical Engineers) Boiler and Pressure Vessel Code, Section III, Rules for Construction of Nuclear Pressure Vessels. Cette théorie stipule que la défaillance d’un composant de tuyauterie se produit lorsque la contrainte de cisaillement maximale dépasse la contrainte de cisaillement au point d’élasticité lors d’un essai de traction.

Ductile vs fragile – Courbes de contrainte-déformation

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. Il est possible de distinguer certaines caractéristiques communes entre les courbes contrainte-déformation de divers groupes de matériaux. Sur cette base, il est possible de diviser les matériaux en deux grandes catégories; à savoir:

• Matériaux ductiles. La ductilité est la capacité d’un matériau à s’allonger en traction. Un matériau ductile se déformera (s’allongera) plus qu’un matériau fragile. Les matériaux ductiles présentent de grandes déformations avant rupture. Dans la rupture ductile, une déformation plastique importante (rétrécissement) a lieu avant la rupture. La rupture ductile (rupture par cisaillement) est meilleure que la rupture fragile, car il y a une propagation lente et une absorption d’une grande quantité d’énergie avant la rupture. La ductilité est souhaitable dans les applications à haute température et haute pression dans les réacteurs en raison des contraintes supplémentaires sur les métaux. La ductilité élevée dans ces applications aide à prévenir les ruptures fragiles.
• Matériaux fragiles. Les matériaux fragiles, lorsqu’ils sont soumis à des contraintes, se rompent avec peu de déformation élastique et sans déformation plastique importante. Les matériaux fragiles absorbent relativement peu d’énergie avant la rupture, même ceux à haute résistance. Dans la rupture fragile (clivage transgranulaire), aucune déformation plastique apparente n’a lieu avant la rupture. Les fissures se propagent rapidement.

La figure suivante montre une courbe contrainte-déformation typique d’un matériau ductile et d’un matériau fragile. Un matériau ductile est un matériau dont la résistance est faible et la région plastique est grande. Le matériau supportera plus de déformation (déformation) avant la rupture. Un matériau fragile est un matériau où la région plastique est petite et la résistance du matériau est élevée. L’essai de traction fournit trois faits descriptifs sur un matériau. Il s’agit de la contrainte à laquelle commence la déformation plastique observable ou « rendement » ; la résistance ultime à la traction ou l’intensité maximale de la charge pouvant être supportée en traction; et le pourcentage d’allongement ou de déformation (le degré d’étirement du matériau) et le pourcentage de réduction qui l’accompagne de la section transversale causée par l’étirement. Le point de rupture ou de fracture peut également être déterminé.

1. Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 et 2. Janvier 1993.
2. Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 et 2. Janvier 1993.
3. William D. Callister, David G. Rethwisch. Science et génie des matériaux : une introduction 9e édition, Wiley ; 9 édition (4 décembre 2013), ISBN-13 : 978-1118324578.
4. En ligneEberhart, Mark (2003). Pourquoi les choses se cassent : Comprendre le monde par la manière dont il se décompose. Harmonie. ISBN 978-1-4000-4760-4.
5. Gaskell, David R. (1995). Introduction à la thermodynamique des matériaux (4e éd.). Éditions Taylor et Francis. ISBN 978-1-56032-992-3.
6. Gonzalez-Viñas, W. & Mancini, HL (2004). Une introduction à la science des matériaux. Presse universitaire de Princeton. ISBN 978-0-691-07097-1
7. Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Matériaux: ingénierie, science, traitement et conception (1ère éd.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
8. JR Lamarsh, AJ Baratta, Introduction au génie nucléaire, 3e éd., Prentice-Hall, 2001, ISBN : 0-201-82498-1.

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Force

Types de stress

Des contraintes se produisent dans tout matériau soumis à une charge ou à une force appliquée. Il existe de nombreux types de contraintes, mais elles peuvent toutes être généralement classées dans l’une des six catégories suivantes :

• Les contraintes structurelles sont des contraintes produites dans les éléments structuraux en raison des poids qu’ils supportent. Les poids fournissent les chargements. Ces contraintes se retrouvent dans les fondations et les charpentes des bâtiments, ainsi que dans les pièces de machinerie.
• Les contraintes résiduelles sont des contraintes causées par les processus de fabrication. Ce type de contrainte reste dans un matériau solide après que la cause initiale des contraintes a été supprimée. Par exemple, le soudage laisse des contraintes résiduelles dans les métaux soudés. La chaleur du soudage peut provoquer une dilatation localisée, qui est absorbée pendant le soudage soit par le métal en fusion, soit par le placement des pièces à souder.
• Les contraintes de pression sont des contraintes induites dans des récipients contenant des matériaux sous pression. Le chargement est fourni par la même force produisant la thermodynamics/thermodynamic-properties/what-is-pressure-physics/ »>pression. Dans une installation dotée d’un réacteur, la cuve du réacteur est un excellent exemple de cuve sous pression. Un problème de sûreté qui est un problème à long terme provoqué par le vieillissement des installations nucléaires est le choc thermique sous pression (PTS). Le PTS est le choc subi par un récipient à paroi épaisse en raison des contraintes combinées d’un changement rapide de température et/ou de pression.
• Les contraintes thermiques existent chaque fois que des gradients de température sont présents dans un matériau. Des thermodynamics/thermodynamic-properties/what-is-temperature-physics/ »>températures différentes produisent des dilatations différentes et soumettent les matériaux à des contraintes internes. Ce type de contrainte est particulièrement sensible dans les mécanismes fonctionnant à haute température et refroidis par un fluide froid. Un problème de sûreté qui est un problème à long terme provoqué par le vieillissement des installations nucléaires est le choc thermique sous pression (PTS). Le PTS est le choc subi par un récipient à paroi épaisse en raison des contraintes combinées d’un changement rapide de température et/ou de pression.
• Les contraintes d’écoulement se produisent lorsqu’une masse de fluide en écoulement induit une pression dynamique sur la paroi d’un conduit. La force du fluide frappant le mur agit comme la charge. Ce type de contrainte peut être appliqué de façon instationnaire lorsque les débits fluctuent. Le coup de bélier est un exemple de contrainte d’écoulement transitoire. Un coup de bélier dans un tuyau ou un tube est un pic de pression causé par une variation soudaine du débit. et l’énergie de vitesse est convertie en énergie de pression.
• Les contraintes de fatigue. La fatigue est l’affaiblissement d’un matériau causé par un chargement cyclique qui entraîne des dommages structurels progressifs et localisés et la croissance de fissures. Une fois qu’une fissure s’est amorcée, chaque cycle de chargement augmentera légèrement la fissure. Les contraintes peuvent être dues à des vibrations ou à des cycles thermiques.

Contrainte appliquée

Du point de vue interne, l’intensité de la contrainte dans le corps d’un composant est exprimée comme l’un des trois types de charge interne de base, à savoir la traction, la compression et le cisaillement. Dans la pratique de l’ingénierie, de nombreuses charges sont de torsion plutôt que de cisaillement pur. Mathématiquement, il n’y a que deux types de charge interne car les contraintes de traction et de compression peuvent être considérées comme les versions positives et négatives du même type de charge normale.

• Contrainte de traction. L’un des tests de contrainte-déformation mécanique les plus courants est effectué en traction. La contrainte de traction est le type de contrainte dans lequel les deux sections de matériau de chaque côté d’un plan de contrainte ont tendance à s’écarter ou à s’allonger. La capacité d’un matériau ou d’une structure à supporter des charges tendant à s’allonger est appelée résistance ultime à la traction (UTS). La résistance à la traction ultime est mesurée par la contrainte maximale qu’un matériau peut supporter lorsqu’il est étiré ou tiré avant de se rompre. Dans l’étude de la résistance des matériaux, la résistance à la traction, la résistance à la compression et la résistance au cisaillement peuvent être analysées indépendamment. Parce que les charges de traction et de compression produisent des contraintes qui agissent à travers un plan, dans une direction perpendiculaire (normale) au plan, les contraintes de traction et de compression sont appelées contraintes normales.
• Contrainte de compression. La contrainte de compression est l’inverse de la contrainte de traction. Les parties adjacentes du matériau ont tendance à se presser les unes contre les autres à travers un plan de contrainte typique. Les contraintes de compression sur les barres, les colonnes, etc. entraînent un raccourcissement. La contrainte de compression est définie de la même manière que la contrainte de traction mais elle a des valeurs négatives pour exprimer la compression puisque delta L est de sens opposé. On peut augmenter la contrainte de compression jusqu’à ce que la résistance à la compression soit atteinte. Ensuite, les matériaux réagiront avec un comportement ductile ou avec rupture dans le cas de matériaux fragiles. Étant donné que les charges de traction et de compression produisent des contraintes qui agissent sur un plan, dans une direction perpendiculaire (normale) au plan, les contraintes de traction et de compression sont appelées contraintes normales. La capacité d’un matériau à réagir à une contrainte de compression ou à une pression est appelée compressibilité.
• Contrainte de cisaillement. La contrainte de cisaillement existe lorsque deux parties d’un matériau ont tendance à glisser l’une sur l’autre dans n’importe quel plan de cisaillement typique lors de l’application d’une force parallèle à ce plan. La torsion est une variation du cisaillement pur dans laquelle un élément structurel est tordu. Les forces de torsion produisent un mouvement de rotation autour de l’axe longitudinal d’une extrémité de l’élément par rapport à l’autre extrémité. La contrainte de cisaillement est également d’une grande importance dans la nature, étant intimement liée au mouvement descendant des matériaux terrestres (comme dans le cas des avalanches).

1. Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 et 2. Janvier 1993.
2. Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 et 2. Janvier 1993.
3. William D. Callister, David G. Rethwisch. Science et génie des matériaux : une introduction 9e édition, Wiley ; 9 édition (4 décembre 2013), ISBN-13 : 978-1118324578.
4. En ligneEberhart, Mark (2003). Pourquoi les choses se cassent : Comprendre le monde par la manière dont il se décompose. Harmonie. ISBN 978-1-4000-4760-4.
5. Gaskell, David R. (1995). Introduction à la thermodynamique des matériaux (4e éd.). Éditions Taylor et Francis. ISBN 978-1-56032-992-3.
6. González-Viñas, W. & Mancini, HL (2004). Une introduction à la science des matériaux. Presse universitaire de Princeton. ISBN 978-0-691-07097-1.
7. Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Matériaux: ingénierie, science, traitement et conception (1ère éd.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
8. JR Lamarsh, AJ Baratta, Introduction au génie nucléaire, 3e éd., Prentice-Hall, 2001, ISBN : 0-201-82498-1.

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Force

En mécanique et science des matériaux, la contrainte (représentée par une lettre grecque minuscule sigma – σ) est une grandeur physique qui exprime les forces internes que les particules voisines d’un matériau continu exercent les unes sur les autres, tandis que la déformation est la mesure de la déformation du matériau qui n’est pas une grandeur physique.

Bien qu’il soit impossible de mesurer l’intensité de cette contrainte, la charge externe et la zone sur laquelle elle est appliquée peuvent être mesurées. La contrainte (σ) peut être assimilée à la charge par unité de surface ou à la force (F) appliquée par section transversale (A) perpendiculaire à la force comme suit:

Lorsqu’un métal est soumis à une charge (force), il est déformé ou déformé, quelle que soit la force du métal ou la légèreté de la charge. Si la charge est faible, la distorsion disparaîtra probablement lorsque la charge sera retirée. L’intensité ou le degré de distorsion est appelé déformation. Une déformation est appelée déformation élastique, si la contrainte est une fonction linéaire de la déformation. En d’autres termes, le stress et la déformation suivent la loi de Hooke. Au-delà de la région linéaire, la contrainte et la déformation présentent un comportement non linéaire. Ce comportement inélastique est appelé déformation plastique.

La contrainte est la résistance interne, ou contre-force, d’un matériau aux effets déformants d’une force ou d’une charge externe. Ces contre-forces tendent à ramener les atomes à leur position normale. La résistance totale développée est égale à la charge externe.

Types de stress

Des contraintes se produisent dans tout matériau soumis à une charge ou à une force appliquée. Il existe de nombreux types de contraintes, mais elles peuvent toutes être généralement classées dans l’une des six catégories suivantes:

• Les contraintes structurelles sont des contraintes produites dans les éléments structuraux en raison des poids qu’ils supportent. Les poids fournissent les chargements. Ces contraintes se retrouvent dans les fondations et les charpentes des bâtiments, ainsi que dans les pièces de machinerie.
• Les contraintes résiduelles sont des contraintes causées par les processus de fabrication. Ce type de contrainte reste dans un matériau solide après que la cause initiale des contraintes a été supprimée. Par exemple, le soudage laisse des contraintes résiduelles dans les métaux soudés. La chaleur du soudage peut provoquer une dilatation localisée, qui est absorbée pendant le soudage soit par le métal en fusion, soit par le placement des pièces à souder.
• Les contraintes de pression sont des contraintes induites dans des récipients contenant des matériaux sous pression. Le chargement est fourni par la même force produisant la thermodynamics/thermodynamic-properties/what-is-pressure-physics/ »>pression. Dans une installation dotée d’un réacteur, la cuve du réacteur est un excellent exemple de cuve sous pression. Un problème de sûreté qui est un problème à long terme provoqué par le vieillissement des installations nucléaires est le choc thermique sous pression (PTS). Le PTS est le choc subi par un récipient à paroi épaisse en raison des contraintes combinées d’un changement rapide de température et/ou de pression.
• Les contraintes thermiques existent chaque fois que des gradients de température sont présents dans un matériau. Des thermodynamics/thermodynamic-properties/what-is-temperature-physics/ »>températures différentes produisent des dilatations différentes et soumettent les matériaux à des contraintes internes. Ce type de contrainte est particulièrement sensible dans les mécanismes fonctionnant à haute température et refroidis par un fluide froid. Un problème de sûreté qui est un problème à long terme provoqué par le vieillissement des installations nucléaires est le choc thermique sous pression (PTS). Le PTS est le choc subi par un récipient à paroi épaisse en raison des contraintes combinées d’un changement rapide de température et/ou de pression.
• Les contraintes d’écoulement se produisent lorsqu’une masse de fluide en écoulement induit une pression dynamique sur la paroi d’un conduit. La force du fluide frappant le mur agit comme la charge. Ce type de contrainte peut être appliqué de façon instationnaire lorsque les débits fluctuent. Le coup de bélier est un exemple de contrainte d’écoulement transitoire. Un coup de bélier dans un tuyau ou un tube est un pic de pression causé par une variation soudaine du débit. et l’énergie de vitesse est convertie en énergie de pression.
• Les contraintes de fatigue. La fatigue est l’affaiblissement d’un matériau causé par un chargement cyclique qui entraîne des dommages structurels progressifs et localisés et la croissance de fissures. Une fois qu’une fissure s’est amorcée, chaque cycle de chargement augmentera légèrement la fissure. Les contraintes peuvent être dues à des vibrations ou à des cycles thermiques.

Contrainte appliquée

Du point de vue interne, l’intensité de la contrainte dans le corps d’un composant est exprimée comme l’un des trois types de charge interne de base, à savoir la traction, la compression et le cisaillement. Dans la pratique de l’ingénierie, de nombreuses charges sont de torsion plutôt que de cisaillement pur. Mathématiquement, il n’y a que deux types de charge interne car les contraintes de traction et de compression peuvent être considérées comme les versions positives et négatives du même type de charge normale.

• Contrainte de traction. L’un des tests de contrainte-déformation mécanique les plus courants est effectué en traction. La contrainte de traction est le type de contrainte dans lequel les deux sections de matériau de chaque côté d’un plan de contrainte ont tendance à s’écarter ou à s’allonger. La capacité d’un matériau ou d’une structure à supporter des charges tendant à s’allonger est appelée résistance ultime à la traction (UTS). La résistance à la traction ultime est mesurée par la contrainte maximale qu’un matériau peut supporter lorsqu’il est étiré ou tiré avant de se rompre. Dans l’étude de la résistance des matériaux, la résistance à la traction, la résistance à la compression et la résistance au cisaillement peuvent être analysées indépendamment. Parce que les charges de traction et de compression produisent des contraintes qui agissent à travers un plan, dans une direction perpendiculaire (normale) au plan, les contraintes de traction et de compression sont appelées contraintes normales .
• Contrainte de compression. La contrainte de compression est l’inverse de la contrainte de traction. Les parties adjacentes du matériau ont tendance à se presser les unes contre les autres à travers un plan de contrainte typique. Les contraintes de compression sur les barres, les colonnes, etc. entraînent un raccourcissement. La contrainte de compression est définie de la même manière que la contrainte de traction mais elle a des valeurs négatives pour exprimer la compression puisque delta L est de sens opposé. On peut augmenter la contrainte de compression jusqu’à ce que la résistance à la compression soit atteinte. Ensuite, les matériaux réagiront avec un comportement ductile ou avec rupture dans le cas de matériaux fragiles. Étant donné que les charges de traction et de compression produisent des contraintes qui agissent sur un plan, dans une direction perpendiculaire (normale) au plan, les contraintes de traction et de compression sont appelées contraintes normales. La capacité d’un matériau à réagir à une contrainte de compression ou à une pression est appelée compressibilité.
• Contrainte de cisaillement. La contrainte de cisaillement existe lorsque deux parties d’un matériau ont tendance à glisser l’une sur l’autre dans n’importe quel plan de cisaillement typique lors de l’application d’une force parallèle à ce plan. La torsion est une variation du cisaillement pur dans laquelle un élément structurel est tordu. Les forces de torsion produisent un mouvement de rotation autour de l’axe longitudinal d’une extrémité de l’élément par rapport à l’autre extrémité. La contrainte de cisaillement est également d’une grande importance dans la nature, étant intimement liée au mouvement descendant des matériaux terrestres (comme dans le cas des avalanches).

1. Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 et 2. Janvier 1993.
2. Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 et 2. Janvier 1993.
3. William D. Callister, David G. Rethwisch. Science et génie des matériaux : une introduction 9e édition, Wiley ; 9 édition (4 décembre 2013), ISBN-13 : 978-1118324578.
4. En ligneEberhart, Mark (2003). Pourquoi les choses se cassent : Comprendre le monde par la manière dont il se décompose. Harmonie. ISBN 978-1-4000-4760-4.
5. Gaskell, David R. (1995). Introduction à la thermodynamique des matériaux (4e éd.). Éditions Taylor et Francis. ISBN 978-1-56032-992-3.
6. Gonzalez-Viñas, W. & Mancini, HL (2004). Une introduction à la science des matériaux. Presse universitaire de Princeton. ISBN 978-0-691-07097-1
7. Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Matériaux: ingénierie, science, traitement et conception (1ère éd.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
8. JR Lamarsh, AJ Baratta, Introduction au génie nucléaire, 3e éd., Prentice-Hall, 2001, ISBN : 0-201-82498-1.

Voir au dessus:

Force

Stress

En mécanique et science des matériaux, la contrainte (représentée par une lettre grecque minuscule sigma – σ ) est une grandeur physique qui exprime les forces internes que les particules voisines d’un matériau continu exercent les unes sur les autres, tandis que la déformation est la mesure de la déformation du matériau qui n’est pas une grandeur physique.

Bien qu’il soit impossible de mesurer l’intensité de cette contrainte, la charge externe et la zone sur laquelle elle est appliquée peuvent être mesurées. La contrainte (σ) peut être assimilée à la charge par unité de surface ou à la force (F) appliquée par section transversale (A) perpendiculaire à la force comme suit:

Lorsqu’un métal est soumis à une charge (force), il est déformé ou déformé, quelle que soit la force du métal ou la légèreté de la charge. Si la charge est faible, la distorsion disparaîtra probablement lorsque la charge sera retirée. L’intensité ou le degré de distorsion est appelé déformation. Une déformation est appelée déformation élastique, si la contrainte est une fonction linéaire de la déformation. En d’autres termes, le stress et la déformation suivent la loi de Hooke. Au-delà de la région linéaire, la contrainte et la déformation présentent un comportement non linéaire. Ce comportement inélastique est appelé déformation plastique.

La contrainte est la résistance interne, ou contre-force, d’un matériau aux effets déformants d’une force ou d’une charge externe. Ces contre-forces tendent à ramener les atomes à leur position normale. La résistance totale développée est égale à la charge externe.

Le stress débit

Les contraintes d’écoulement se produisent lorsqu’une masse de fluide en écoulement induit une pression dynamique sur la paroi d’un conduit. La force du fluide frappant le mur agit comme la charge. Ce type de contrainte peut être appliqué de façon instationnaire lorsque les débits fluctuent. Le coup de bélier est un exemple de contrainte d’écoulement transitoire. Un coup de bélier dans un tuyau ou un tube est un pic de pression causé par une variation soudaine du débit. et l’énergie de vitesse est convertie en énergie de pression.

1. Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 et 2. Janvier 1993.
2. Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 et 2. Janvier 1993.
3. William D. Callister, David G. Rethwisch. Science et génie des matériaux : une introduction 9e édition, Wiley ; 9 édition (4 décembre 2013), ISBN-13 : 978-1118324578.
4. En ligneEberhart, Mark (2003). Pourquoi les choses se cassent : Comprendre le monde par la manière dont il se décompose. Harmonie. ISBN 978-1-4000-4760-4.
5. Gaskell, David R. (1995). Introduction à la thermodynamique des matériaux (4e éd.). Éditions Taylor et Francis. ISBN 978-1-56032-992-3.
6. Gonzalez-Viñas, W. & Mancini, HL (2004). Une introduction à la science des matériaux. Presse universitaire de Princeton. ISBN 978-0-691-07097-1
7. Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Matériaux: ingénierie, science, traitement et conception (1ère éd.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
8. JR Lamarsh, AJ Baratta, Introduction au génie nucléaire, 3e éd., Prentice-Hall, 2001, ISBN : 0-201-82498-1.

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Force