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Machine d'essais UNIVERSELLE
Base de la machine
La base de la machine, résistante à la torsion, forme la fondation et
garantit une position sûre de l'appareil d'essai grâce aux quatre pieds
en caoutchouc. La base de la machine supporte le système hydraulique
et le support.
Support
Les montants (6a) et la traverse fixe (6) composent le support fixe de
l'appareil d'essai. Les logements pour les différents échantillons fixes
sont attachés à la traverse fixe. Le bâti d'essai mobile est logé dans le
support dans des douilles à bille à faible frottement.
Bâti d'essai
Le bâti d'essai consiste en la traverse supérieure (3) et la traverse
inférieure (8) ainsi qu'en les barres conductrices (3a). Le bâti d'essai
transmet la force d'essai du vérin hydraulique principale à
l'échantillon respectif. Le bâti d'essai est logé de manière mobile dans
la traverse fixe du support. Les échantillons de traction sont serrés
entre traverse supérieure et traverse fixe, les échantillons de
compression entre traverse inférieure et traverse fixe.
Système hydraulique
La force d'essai est générée de manière hydraulique. Un piston
actionné par laroue à main (7) et la broche filetée dans le cylindre
capteur (7a) crée une pression hydrostatique qui provoque une
force d'essai dans le vérin hydraulique principale (9).
Affichage de force et comparateur à cadran
L'affichage de force fonctionne selon le principe de manomètre. Il
mesure la pression hydrostatique dans le système hydraulique.
L'affichage de grande taille (1) à un diamètre de 160mm permet une
lecture exacte des valeurs mesurées. Une aiguille entraînée accumule
la force maximale. L'élongation est mesurée par le moyen d'un
comparateur à cadran (4) monté de manière ajustable. Le comparateur
affiche le décalage relatif entre traverse supérieure et traverse fixe.
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Spécialité 2 LGC + 2 LHYD
Essai de traction TP N° 01
1. But de TP
L’essai de traction a pour but d’étudier les propriétés fondamentales des matériaux et de
déterminer plusieurs caractéristiques mécanique, notamment l’allongement élastique
(en %), la résistance à la rupture par traction (en MPa), la limite apparente d’élasticité
(en MPa), le module de Young (en MPa) et le coefficient de striction (en %).
2. Principe de l’essai
Dans l’essai de traction nous utilisons une éprouvette usinée de forme adéquate
(éprouvette normalisée).
Cette éprouvette est soumise, au moyen d’une machine spéciale, à une force de traction
P agissant dans son axe longitudinal. La traction sur l’éprouvette se fait { vitesse constante
et cela généralement jusqu’{ la rupture.
Durant tout l’essai, on enregistre l’évolution de l’effort P de traction en fonction de
l’allongement ∆L de la longueur initiale de l’éprouvette.
3. Matériels utilisés
- Machine hydraulique d’essai universelle.
- Eprouvette métallique normalisée.
- Pied à coulisse pour mesurer précisément les dimensions.
4. Mode opératoire de l’essai
a) Prendre les différentes mesures de l’éprouvette.
b) Placer l’éprouvette dans les têtes de serrage.
c) Mettez l’affichage { zéro.
d) Démarrer l’essai.
e) Récupérez l’éprouvette et mesurez l’aire Ar de la section minimale ultime après
rupture.
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5. Travail demandé
a) Tracez la courbe donnant la variation de la force P en fonction de l’allongement ∆L.
b) Analysez cette courbe en la distinguant en zone : élastique, plastique et de rupture.
c) Précisez les forces suivantes :
Pe : la charge { la limite apparente d’élasticité.
Pmax : la charge maximale atteinte.
d) Remplir le tableau suivant :
Contrainte σ = P/A0 Allongement ε = ∆L/L0
…………… ……………
Remarque : Faire attention aux unités de mesure.
e) Tracez la courbe correspondante σ(ε).
f) Est-ce que ces les mêmes zones que la première courbe (b).
g) Déterminez la limite apparente d’élasticité σe=Pe/A0 (avec A0 : aire de la section
initiale).
h) Précisez la déformation qui correspond { σe. Que présente cette déformation?
i) Calculer le module d’élasticité ou module de Young (tangente de la zone élastique).
j) Déterminez la résistance à la traction : σrup = Pmax/A0.
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Essai de compression TP N° 02
1. But de TP
L’essai de compression a pour but d’étudier les propriétés fondamentales des matériaux
et de déterminer plusieurs caractéristiques mécanique, notamment l’allongement élastique
(en %), la résistance à la rupture par traction (en MPa), la limite apparente d’élasticité
(en MPa), le module de Young (en MPa) et le coefficient de striction (en %).
2. Montage expérimental
Si le dispositif de compression n'est pas déjà monté sur l'appareil, il faut l'installer dans
le domaine de compression de la machine d'essais entre traverse inférieure et traverse fixe.
a) Enlever des objets installés éventuels.
b) Tourner la roue à main jusqu'à la butée et pousser le bâti d'essai complètement en
bas.
c) Insérer la plaque de compression dans la traverse inférieure.
d) Monter le poinçon de compression sur la traverse fixe avec la tige filetée et l'écrou
moleté. Serrer l'écrou moleté à la main.
e) Si l'on tourne la roue à main, le poinçon de compression et la plaque de compression
doivent se toucher.
f) Sinon : dévisser la broche un peu du cylindre hydraulique.
Figure : Montage expérimental pour l'essai de compression
3. Préparation de l'essai
On examine des échantillons en matière plastique.
g) Mesurer la longueur d'essai L0 de l'échantillon entre les deux surfaces aux
extrémités. Déterminer le diamètre resp. la longueur du bord.
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h) Placer l'échantillon au milieu de la plaque de compression.
i) Baisser le poinçon de compression avec précaution sur l'échantillon en tournant
la roue à main.
j) Pré contraindre l'échantillon légèrement avec la roue à main (max 0,5kN) pour
diminuer l'influence de jeux.
k) Mettre à zéro l'aiguille entraînée de l'affichage de force
l) Serrer le comparateur à cadran (resp. le capteur de déplacement pour l'unité
d'acquisition de données WP 300.20) contre la contreplaque avec une distance
de mesure d'env. 8...10mm et le fixer par le moyen de la vis moletée.
Figure : Montage expérimental pour l'essai de compression
4. Résultats de mesure
Lors de l'utilisation du logiciel pour l'acquisition de données WP 300.20, les séries de
données sont saisies et sauvegardées dans un fichier. Le tableau suivant représente la force
correspondante au raccourcissement respectif (valeur de consigne dans la colonne gauche)
pour 3 matériaux. Vous trouvez ce tableau en tant que modèle de feuille de travail dans
l'annexe. Matériau PVC PTFE POM
Tableau : Valeurs de mesure exemplaires
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5. Évaluation
Lors de l'utilisation du logiciel pour l'acquisition de données WP 300.20, les valeurs de
contrainte et d'écrasement sont déjà calculées pendant l'essai et sauvegardées dans le
fichier des valeurs mesurées.
Ici, nous présentons de manière exemplaire la façon de calcul pour le matériau POM
pour déterminer la contrainte σ et l'allongement ε à un raccourcissement ∆L=4,0mm.
La force appliquée est 11,98 kN.
La contrainte et l'allongement sont déterminés suivant la formule :
L'écrasement est :
Figure : Diagramme force-raccourcissement
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Essai de dureté TP N° 05
1. But de TP
L'essai de dureté est relativement économique (pas d'éprouvettes à réaliser). On peut
mesurer la dureté sur la pièce elle-même. Cet essai peut renseigner sur la résistance à
l'usure par frottement, la capacité à s'usiner, l'homogénéité du matériau, l'efficacité des
traitements thermiques.
2. Principe de l’essai
L'essai de dureté a pour but de déterminer la dureté superficielle des métaux. Il consiste
à enfoncer un pénétrateur, dont les formes et les dimensions varient en fonction du type
d'essai, dans le métal à tester. La charge est constante et on mesure la surface ou la
profondeur de l'empreinte laissée dans le matériau.
3. Matériels utilisés
- Machine hydraulique d’essai universelle.
4. Mode opératoire de l’essai
Sous une charge F, le pénétrateur, qui est une bille d'acier (HBS) ou de carbure de
tungstène (HBW), fait une empreinte de diamètre d dans le matériau testé. Cet essai
convient pour des épaisseurs supérieures à 10mm et les produits plats. La charge F est
maintenue 15 secondes.
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La dureté Brinell est calculée à partir de la force d'essai Fet de la surface d'empreinte AB
de la section sphérique.
Le facteur 0,102 a des causes historiques et tient compte du passage de kp/mm2 à
KN/mm2. Du diamètre de la bille D et du diamètre de la section sphérique d, il résulte :
Si l'empreinte de la bille n'est pas sphérique, il faut poser la moyenne de deux mesures
qui sont perpendiculaires l'une à l'autre.
Pour que les valeurs de dureté restent comparables pour des matériaux différents, les
formes d'échantillon différentes et les diamètres de bille différents, il faut respecter
certaines règles.
Diamètre de la bille
Les diamètres de la bille de 10 ; 5 ; 2,5 et 1 mm sont normalisés. Ici, nous utilisons
seulement le diamètre de 10mm.
Temps de maintien de charge
La force d'essai doit agir sur l'échantillon pendant au moins 10...15s, pour des matériaux
qui fluent même pendant 30s et plus. Le temps de montée de la force d'essai jusqu'à son
maximum doit au moins duré 5s.
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Facteur de charge
Pour obtenir une empreinte de bille bien lisible et reproductible, le diamètre de
l'empreinte d doit être entre 0,2...0,7 D. Pour respecter ces valeurs pour des matériaux aux
duretés différentes, des pressions superficielles différentes sont recommandées, soit la
force et le carré du diamètre de la bille doivent se trouver dans un certain rapport l'un vers
l'autre. Ce rapport est nommé facteur de charge x.
Le facteur 0,102 de son côté résulte de la conversion de kp en kN. Le tableau suivant
représente les facteurs de charge pour des matériaux différents.
Force d'essai
Ainsi, les forces d'essai suivantes résultent pour la bille d'essai d'un diamètre de 10mm
utilisée dans l'appareil WP 300.
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Essai de Cisaillement TP N° 04
1. Principe de l’essai
Lors de l'essai de cisaillement, on détermine la résistance d'un matériau face à une
sollicitation au cisaillement. Dans l'échantillon, des contraintes au cisaillement τ sont
provoquées par des forces transversales appliquées à l'échantillon par l'extérieur.
Le type de sollicitation correspond à celui d'un rivet ou d'une cheville. C'est pourquoi
l'essai de cisaillement est de grande importance. Le dessin adjacent montre comment
l'échantillon est chargé par les forces transversales F. En cas de défaillance, il est cisaillé, les
particules du matériau glissent les uns le long des autres. La résistance au cisaillement
déterminée lors de l'essai de cisaillement est importante pour le dimensionnement de vis,
rivets et chevilles ainsi que pour le calcul de la force nécessaire pour le cisaillement et le
poinçonnage.
2. Matériels utilisés
- Machine hydraulique d’essai universelle.
- En gros, le dispositif de cisaillement consiste en trois
parties :
- Carter (1) avec les deux socles de cisaille trempés
(2) recevant l'échantillon (3).
- Tirant de traction (4) avec lame de cisaille trempée
(5).
- Palier (6) pour guider le tirant de traction avec axe
de charnière (7).
La lame de cisaille (5) se déplace sans jeu entre les
deux socles de cisaille (2).
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3. Mode opératoire de l’essai
La résistance au cisaillement τt est calculée de
la manière suivante :
Pendant l'essai des matériaux, on utilise la double section. Ici, l'échantillon cisaille dans
deux sections transversales. La sollicitation au cisaillement additionnelle qui fausse le
résultat est réduite dans ce cas. La force d'essai F est divisée en deux charges transversales
F/2 de l'échantillon. Le calcul de la résistance au cisaillement diffère pour ces deux
méthodes en ce qui concerne la surface de section transversale à poser.
La résistance au cisaillement τt de la méthode à double section est calculée de la
manière suivante :
