IUT Génie Civil 1 ère année TP de Résistance des Matériaux TRACTION SIMPLE d éprouvettes en acier

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1 Travau pratiques de 1 ére année 1. Objectifs du TP IUT Génie Civil 1 ère année TP de Résistance des Matériau TRACTION SIMPLE d éprouvettes en acier Mettre en évidence les domaines élastique et plastique de la loi de comportement d un acier. Différencier le comportement d un acier écroui de celui d un acier dou. Déterminer les états de contraintes et de déformations élastiques dans un acier de dimensions constantes ou variables dans le cas de la traction simple. Utiliser les appareils de mesure etensométriques. 2. Matériels utilisés Machine d essai de traction, éprouvettes acier dou, acier HA (haute adhérence). Jauges de déformation collées sur les éprouvettes Pont d etensométrie P3500 et boîtier de commutation SB 10 Ordinateur avec logiciel + etensomètre Pied à coulisse 2. Rappels théoriques Soit une barre AB soumise à un effort de traction F. Dans le dispositif epérimental, l une des etrémités de la poutre est fie et l effort est eercé sur l autre etrémité. On observe alors la variation de longueur Δl de l éprouvette en fonction de l effort F (figure 1). Partie mobile F Δl A L 0 L L 0 : Longueur initiale L : Longueur après traction Partie fie Δ l 2 l Δl 2 Figure 1 : Principe de la traction simple TP de Résistance des Matériau MS1 et MS2 : Traction simple d éprouvettes en acier 1

2 Travau pratiques de 1 ére année En traçant l évolution des contraintes normales σ en fonction de la déformation longitudinale, on observe deu zones principales : la zone de déformations élastiques et la zone de déformations plastiques (figure 2). σ ft C f A B Rupture D Déchargement O ε Zone de déformations élastiques Parfaitement plastique Zone d écrouissage Zone de déformations plastiques Zone de striction Figure 2 : Courbe usuelle de déformation pour un essai de traction d acier dou Le domaine élastique est la zone où la déformation subie par l éprouvette n est pas définitive : l éprouvette revient à sa longueur initiale dés que la charge est relâchée. Le point A, auquel correspond la limite élastique f marque la fin de cette zone. On remarque qu il eiste des déformations normales ε et transversales ε. Les contraintes et les déformations sont obtenues par les relations suivantes : F Δl Δl σ = ε = ε = avec ε = ν ε A l l Dans le domaine élastique, la contrainte et la déformation sont liées par la loi de Hooke. : σ E = Eε = ε ν avec ν : coefficient de Poisson et E : module d Young. Dans la zone plastique, la déformation est définitive. On différencie trois zones dans le domaine plastique: La zone AB est une zone parfaitement plastique, la contrainte reste constante, et l allongement se poursuit. En cas de déchargement demeure une déformation résiduelle. Dans la zone BC, le matériau subit un changement de structure qui accroît sa limite élastique (écrouissage). Le point C correspond à la résistance maimale (notée ft EC2 ou fu EC3) du matériau. Entre les points C et D, l éprouvette subit une striction amenant une diminution de la section avec étranglement. La rupture «réelle» se produit en D. TP de Résistance des Matériau MS1 et MS2 : Traction simple d éprouvettes en acier 2

3 Travau pratiques de 1 ére année 3. Mode opératoire Les essais se feront sur une machine de traction disposant d un etensomètre, associée à un ordinateur permettant l eploitation des résultats. Les essais sont effectués sur quatre éprouvettes. Les deu premières éprouvettes sont testées jusqu à la rupture. La lecture de la force eercée et des allongements se fait soit par l ordinateur (courbe + valeurs), soit par lecture directe sur les écrans digitau associés à la machine. La troisième éprouvette est une éprouvette plate, à section constante, équipée de cinq jauges permettant une analse de la distribution des contraintes sur la longueur de l éprouvette. La quatrième éprouvette à section variable est munie de quatre jauges normales de façon à étudier l influence de la variation de la section sur la contrainte. Ces jauges sont liées à un pont d etensométrie multivoies. Les déformations sont lues en µm/m. A. Tests de rupture : Dans cet essai, on utilise un acier HA et un acier utilisé en construction métallique dont les caractéristiques sont les suivantes : Désignation HA 500 Acier S235 Module d élasticité MPa Forme mm Φ10 40*5 Tableau 1 : Caractéristiques des deu aciers utilisés. 1. Couper l acier HA et le plat (longueur : 40 cm environ) 2. Mettre la machine de traction sous tension. Placer les mors adaptés à la forme de l éprouvette, et fermer le vérin de chargement. 3. Placer l éprouvette entre les mors de la machine. Serrer les mors. Ne pas commencer l essai sans l aval du professeur. 4. Commencer l essai de traction en notant les allongements à chaque augmentation de la force de 5000 N. 5. Effectuer les deu essais jusqu à la rupture en consignant les résultats dans les tableau 2 et Calculer pour chaque palier les contraintes et les déformations. Tracer la courbe des contraintes en fonction des déformations. Commenter. 7. Déterminer les caractéristiques des deu matériau : module d élasticité, limite élastique, contrainte maimale 8. Comparer vos résultats avec les caractéristiques théoriques données au tableau précédent et commenter les écarts. 9. Proposer des domaines d'utilisation pour chacun de ces tpes d acier. TP de Résistance des Matériau MS1 et MS2 : Traction simple d éprouvettes en acier 3

4 Travau pratiques de 1 ére année Force eercée (F) Allongement : Δ l Contrainte normale : σ Déformation :ε Tableau 2 : Essai de traction (éprouvette barre HA) TP de Résistance des Matériau MS1 et MS2 : Traction simple d éprouvettes en acier 4

5 Travau pratiques de 1 ére année Force eercée (F) Allongement : Δ l Contrainte normale : σ Déformation :ε Tableau 3 : Essai de traction (éprouvette acier dou) TP de Résistance des Matériau MS1 et MS2 : Traction simple d éprouvettes en acier 5

6 Travau pratiques de 1 ére année B. Pièce à section constante (éprouvette 3): L enregistrement fourni à la page 7 est un test de rupture effectué sur une éprouvette identique à l éprouvette 3. Epaisseur : 2.5 mm Jauge 1 Jauge 2 Jauge 3 Jauge 4 Prise pour les mors L = Figure 3 : Descriptif de l éprouvette 3 L éprouvette fournie est munie de jauges de déformations placées selon la figure 3. Les jauges 1, 2 et 4 mesurent les déformations relatives normales. La jauge 3 permet la mesure de la déformation relative transversale de l éprouvette. 1. En se basant sur l enregistrement fourni, indiquer la contrainte maimale et la force à ne pas dépasser (appliquer un coefficient de sécurité de 2) pour être sûr de rester dans le domaine élastique. Que se passerait-il si on la dépassait? 2. Changer les mors de la machine et raccorder les jauges de déformation au boîtier de commutation. 3. Effectuer les réglages du pont d etensométrie. 4. Mettre la machine de traction sous tension. Placer les mors, et fermer le vérin de chargement. 5. Placer l éprouvette entre les mors de la machine. Serrer les mors. Ne pas commencer l essai sans l aval du professeur. 6. Effectuer un essai en restant dans le domaine élastique (attention à la vitesse de chargement). 7. Relever pour chaque palier : l allongement de l éprouvette et les valeurs des déformations au niveau des jauges. (remplir le tableau 4). 8. Discuter la distribution des contraintes dans l éprouvette Tracer les courbes σ = f ( ε ) et σ = f ( ε ) (feuille millimétrée). Comparer les différentes courbes 10. Déterminer les valeurs du module d Young E et du coefficient de Poisson ν. Comparer avec les résultats obtenus pour l enregistrement. TP de Résistance des Matériau MS1 et MS2 : Traction simple d éprouvettes en acier 6

7 Travau pratiques de 1 ére année Force eercée (F) Allongement ε ε Δl J 1 J 2 J 4 J 3 Tableau 4 : Essai de traction Courbe de traction, Force en fonction de l'allongement 5 4 Force (N) 3 TP de Résistance des Matériau MS1 et MS2 : Traction simple d éprouvettes en acier 7

8 Travau pratiques de 1 ére année C. Pièce à section variable : L éprouvette 4 est décrite à la figure 4. Dans cet essai, on mesure la variation de la contrainte le long de la pièce. Les jauges de déformations sont collées le long de l éprouvette au trois largeurs eposées à la figure 4. Elles permettent de mesurer les déformations relatives normales au niveau des sections sur lesquelles elles sont disposées. L 1 = 8 cm L 2 = 14 cm L 3 = 24 cm Epaisseur : 3 mm Prise pour les mors Figure 4 : Description éprouvette 4 Désignation S235 Module d élasticité (MPa) Tableau 5 : Caractéristiques de l éprouvette 4 1. Raccorder les jauges de déformation au boîtier de commutation et commencer l'essai : 2. La pièce est soumise à une force F = 600 dan. Mesurer les déformations relatives normales ε le long de la pièce. Calculer à partir des déformations mesurées les valeurs des contraintes au niveau des trois sections. Tracer alors la courbe σ = f ( ) correspondant à la variation des contraintes normales le long de la pièce. Comparer cette courbe à la courbe théorique. Désignation des jauges Déformations normales relatives Contraintes normales epérimentales J 1 J 2 J 3 Tableau 6 : Essai de traction (éprouvette 4) TP de Résistance des Matériau MS1 et MS2 : Traction simple d éprouvettes en acier 8