Teste mecânico

Os testes mecânicos são experimentos cujo objetivo é caracterizar as leis de comportamento dos materiais ( mecânica do contínuo ). A lei constitutiva estabelece uma relação entre as tensões (pressão = força / superfície) e as deformações (alongamento unitário adimensional ). A deformação não deve ser confundida com deslocamento ou expansão.

No entanto, a deformação de uma peça depende da geometria da peça e da forma como as forças externas são exercidas sobre essa peça. Portanto, é necessário padronizar os testes. Os padrões, portanto, definem:

• a forma da peça de teste, o material do qual é testado, é referida como uma peça de teste padronizada  ;
• como as forças são exercidas sobre a peça de teste, isso é chamado de teste padronizado .

Dureza

Tipologia

• Minerais: escala de Mohs .
• Metais: dureza Vickers (HV), dureza Brinell (HB) e dureza Rockwell (HR).
• Elastômero, plástico, couro, madeira: Dureza Shore .

Veja também Ductilidade .

Padrões

• Internacional (ISO) e europeu (CEN)
  • EN ISO 2039-2: Plásticos - Determinação da dureza - Parte 2: Dureza Rockwell.
  • EN ISO 6506-1: Materiais metálicos: Teste de dureza Brinell - Parte 1: método de teste.
  • EN ISO 6507-1: Materiais metálicos - Teste de dureza Vickers - Parte 1: método de teste.
  • EN ISO 6508-1: Materiais metálicos: Teste de dureza Rockwell - Parte 1: método de teste (escalas A, B, C, D, E, F, G, H, K, N, T).
• americano
  • ASTM E10: Método padrão para dureza Brinell de materiais metálicos .
  • ASTM E18: Métodos padrão para dureza de poço de rocha e dureza superficial de poço de rocha de materiais metálicos .
  • ASTM E140: Tabelas de conversão de dureza padrão para metal .

Tração uniaxial

Princípio

O corpo de prova é mantido em dois pontos (por uma braçadeira ou um gancho), conectado a cordas. O corpo de prova é então esticado a uma velocidade constante e a força de tração necessária é observada em função do alongamento. Esses testes permitem traçar a chamada curva de tração a partir da qual podem ser deduzidas as seguintes características:

• a deformação elástica em função da força aplicada da qual se pode deduzir, conhecendo as dimensões do corpo de prova, o módulo de Young  ;
• o limite elástico convencional freqüentemente observado R e , ou o limite elástico de 0,2%, R e0,2  ;
• a deformação plástica  ;
• a resistência à tração ou tensão de ruptura freqüentemente denotada R m , que é a tensão máxima alcançada durante os testes. Veja resistência à tração  ;
• o alongamento à ruptura assinalado A e expresso em% que corresponde à deformação da zona útil atingida durante a ruptura;
• o estreitamento na ruptura denotado por Z e expresso em% que corresponde à redução da área de deformação da área de localização ( estrangulamento ) no momento da ruptura.

Uma variante moderna do teste de tração, que apareceu na Alemanha em 2013, é usar a força centrífuga em uma montagem para gerar tensão de tração. Quando o valor limite da resistência à tração (expresso em MPa ou N) de uma montagem ou ligação é igual à força centrífuga aplicada, a ruptura destas é gerada e o limite de ruptura é registrado. A vantagem consiste em realizar testes de bateria em vários corpos de prova submetidos a uma tensão estritamente idêntica durante o teste.

Dependendo do material, temperatura e taxa de deformação , a curva pode ter diferentes formas:

• Curva de tração de um material dúctil exibindo um recuo:
  Tensão R,
  Força F,
  Tensão máxima Rm antes da fratura,
  Re limite elástico aparente
  e alongamento relativo, geralmente observado . ϵ{\ displaystyle \ epsilon}

• Teste convencional. Quando não é possível determinar o limite elástico aparente, um limite convencional Rp0,2 é definido, correspondendo a um alongamento relativo e = 0,2%.

Características nominais ou aparentes

• Rendimento  : .Re=FeS0{\ displaystyle R _ {\ rm {e}} = {\ frac {F _ {\ rm {e}}} {S_ {0}}}}
• Resistência à tração: .Rm=FmS0{\ displaystyle R _ {\ rm {m}} = {\ frac {F _ {\ rm {m}}} {S_ {0}}}}
• Alongamento na ruptura  : .NO%=100⋅euf-euoeuo{\ displaystyle A \% = 100 \ cdot {\ frac {L _ {\ rm {f}} - L _ {\ rm {o}}} {L _ {\ rm {o}}}}}

Nessa expressão, e são, respectivamente, os comprimentos inicial e final após a ruptura. euo{\ displaystyle L _ {\ rm {o}}}euf{\ displaystyle L _ {\ rm {f}}}

• Apertando o braço .Z%=100⋅So-SfSo{\ displaystyle Z \% = 100 \ cdot {\ frac {S _ {\ rm {o}} - S _ {\ rm {f}}} {S _ {\ rm {o}}}}}

Nesta expressão, e são, respectivamente, as seções inicial e final após a quebra. So{\ displaystyle S _ {\ rm {o}}}Sf{\ displaystyle S _ {\ rm {f}}}

• O módulo de Young , representada pela inclinação da curva na porção linear: .E=dσdϵ{\ displaystyle E = {\ frac {\ rm {d \ sigma}} {\ rm {d \ epsilon}}}}
• Razão de Poisson  :ν=(do-d)/do(eu-euo)/euo{\ displaystyle \ nu = {\ frac {\ left (d _ {\ rm {o}} - d \ right) / d _ {\ rm {o}}} {\ left (LL _ {\ rm {o} } \ right) / L _ {\ rm {o}}}}}

onde e são respectivamente os diâmetros inicial e carregado, e os comprimentos inicial e carregado. é definido no domínio elástico. do{\ displaystyle d _ {\ rm {o}}}d{\ displaystyle d}euo{\ displaystyle L _ {\ rm {o}}}eu{\ displaystyle L}ν{\ displaystyle \ nu}

Os valores acima são chamados de aparentes ou convencionais (em inglês deformação de engenharia e estresse de engenharia ), porque se referem à seção inicial da peça de teste. Os chamados valores verdadeiros ou racionais ( deformação verdadeira e tensão verdadeira ) também são calculados, com base nas seções efetivamente medidas no alongamento considerado. A partir desses valores reais, uma chamada curva de tração racional é desenhada. Esta curva destaca o fenômeno do endurecimento .

Padrões

• Francês ( AFNOR )
  • NF B51-010: Madeira - Ensaio de tração perpendicular às fibras.
  • NF B51-017: Madeira - Tensão paralela às fibras - Determinação da resistência à tração em tensão paralela ao grão de pequenos corpos de prova perfeitos.
  • NF B51-018: Madeira - Tracção paralela às fibras - Determinação do módulo de elasticidade na tracção paralela ao grão de pequenos corpos de prova irrepreensíveis.
• Europeus ( CEN )
  • EN 10002-1: Materiais metálicos - Teste de tração - Parte 1: método de teste à temperatura ambiente (substituído pela norma EN ISO 6892-1).
  • EN 10002-5: Materiais metálicos - Teste de tração - Parte 5: método de teste em temperatura elevada.
• Internacional ( ISO )
  • ISO 6892-1: Materiais metálicos - Teste de tração à temperatura ambiente.
  • ISO 10618: Fibras de carbono - Determinação das propriedades de tração em fios impregnados de resina.
  • ISO 527-1: Plásticos - Determinação das propriedades de tração.
• Americano ( ASTM )
  • ASTM E8: Métodos de teste padrão para teste de tensão de materiais metálicos (existe o padrão ASTM E8M que é a versão métrica).
  • ASTM E21: Métodos padrão para testes de tensão em temperatura elevada de materiais metálicos .
  • ASTM D143: Métodos de teste padrão para pequenas amostras transparentes de madeira .

Compressão uniaxial

A peça de teste é colocada entre duas placas. O teste consiste em comprimir este corpo de prova frequentemente com o objetivo de estudar a força de ruptura. Se o material for dúctil, essa falha não ocorrerá.

No caso de rochas , o ensaio é padronizado para avaliar o desempenho dos materiais rochosos no caso de estruturas rochosas, para o fornecimento de materiais riprap ou para a exploração de depósitos de materiais granulares. Os espécimes de esbeltez "2" são submetidos à compressão vertical impondo uma força crescente no espécime. Os corpos de prova são cilíndricos.

Padrões

• Francês ( AFNOR )
  • NF B51-007: Madeira - Teste de compressão axial.
• Americano ( ASTM )
  • ASTM D143: Métodos de teste padrão para pequenas amostras transparentes de madeira .
  • ASTM E9: Métodos de teste padrão de teste de compressão de materiais metálicos à temperatura ambiente
• Internacional ( ISO )
  • ISO 604: Plásticos - Determinação das propriedades compressivas

Compressão isostática quente

A prensagem isostática a quente consiste na consolidação de materiais sob o efeito combinado de altas temperaturas e altas pressões. Este processo permite melhorar as propriedades mecânicas de uma peça metálica (resistência ao impacto, resistência à fadiga, ductilidade).

Cisalhamento

O ensaio de cisalhamento consiste em aplicar a um corpo de prova duas forças opostas em um plano de seção transversal.

Por definição, um sistema está sujeito a cisalhamento quando as tensões predominantes são devidas à força de cisalhamento.

Flexão

O teste de flexão é a aplicação de uma força a uma viga para medir a resistência à ruptura de um material. Existem dois tipos de dobra: dobra de três pontos e dobra de quatro pontos.

A resistência à flexão de um material, principalmente na forma de viga , pode ser medida por uma máquina sob diferentes tipos de cargas. As medições de tensão e tensão são feitas a partir de medidores de tensão e exibidas em uma bancada de medição.

Torção

O ensaio de torção consiste em tensionar uma viga com dois pares de momentos opostos atuando em planos paralelos ao eixo da viga.

Resiliência

O teste de impacto é um complemento do teste de tração. Isso envolve quebrar um corpo de prova entalhado em um único golpe para medir a energia necessária para efetuar essa ruptura. Este teste é realizado em um pêndulo ram (exemplo: Charpy pendulum ram ).

Tipologia

• Teste de impacto de flexão em espécime Charpy entalhado
• Teste de flexão por impacto Izod

Padrões

• americano
  • ASTM E23: Métodos de teste padrão para teste de impacto de barra entalhada de materiais metálicos .
• Europeus:
  • EN 10045-1: Materiais metálicos - Teste de flexão por impacto em uma amostra Charpy - Parte 1: método de teste.
  • EN 10045-2: Materiais metálicos - Teste de flexão por impacto em uma amostra Charpy - Parte 2: verificação da máquina de teste (pêndulo).

Cansado

O ensaio de fadiga consiste em aplicar a uma peça uma carga variável alternada (a média das tensões aplicadas é zero) ou repetida (a média das tensões aplicadas não é zero). Ele tentará reproduzir as condições operacionais da sala o melhor possível.

A falha por fadiga está principalmente associada ao número total de aplicações de uma carga e não ao tempo de serviço ou idade da peça. A falha por fadiga não dá nenhum sinal prévio antes de quebrar, e é por isso que muitas vezes pode surpreender o experimentador.

Recuo

O ensaio de indentação consiste em aplicar uma carga, sob determinadas condições, à superfície do material, utilizando um indentador ou indentador. Após o teste, com o material deformado, observa-se um entalhe que pode ser medido. As condições de teste: geometria do penetrador, força, duração, caracterizam o teste.

Veja também

Bibliografia

Jean Perdijon, Matériaux sous vigilância , Cachan, Editions Lavoisier, 2021.

Artigos relacionados

• Resistência dos materiais
• Módulo de elasticidade
• Viscoelasticidade
• Estados limites finais e em serviço
• Extensometria
• Dinamômetro
• Fator de forma
• Deformação de um material

Referências

1. (em) U. Beck , "  Quantitative adesion testing of óptico revestimentos por meio de agrupamento de tecnologia centrífuga  " , Surface and Coatings Technology , Vol.  205, suplemento 2,25 de julho de 2011, S182 - S186 ( ler online )
2. Norma NF P 94-420: "Rochas - Determinação da resistência à compressão uniaxial", 12-2000
3. "  Wikigeotech: compressão de rocha uniaxial  " , no site da Wikigeotech,18 de junho de 2014(acessado em 18 de junho de 2014 )
4. Ala ZOUAGHI, Estudo da compactação isostática a quente do aço inoxidável 316L: Modelagem numérica na escala mesoscópica e caracterização experimental. , Escola de Doutorado n ° 364: Ciências Fundamentais e Aplicadas-ParisTech,28 de janeiro de 2013( leia online )
5. Daniel Chateigner, "  Resistance of materials  ", IUT Physical Measurements, University of Caen Basse-Normandie, CRISMAT-ENSICAEN Laboratory ,16 de maio de 2012
6. "  Propriedades mecânicas dos biomateriais usados ​​em Odontologia  ", Universidade Digital de Ciências Odontológicas Francófonas ,1 ° de junho de 2010
7. "  Curso de resistência de materiais  " , em http://www.technologuepro.com/ , 2012-2013