Comprendre les charges statiques : définition, applications et implications pour la sécurité

Une charge statique est une force mécanique appliquée lentement à un assemblage ou un objet. Cela peut être contrasté avec une charge dynamique, qui est une force appliquée rapidement. Les tests de charge statique sont utiles pour déterminer les charges maximales admissibles sur les structures d'ingénierie, telles que les ponts, et ils peuvent également être utiles pour découvrir les propriétés mécaniques des matériaux.

Importance pour la sécurité des structures

Cette force est souvent appliquée aux structures d'ingénierie dont la sécurité des personnes dépend, car les ingénieurs ont besoin de connaître la force maximale qu'une structure peut supporter avant de s'effondrer. Toute force appliquée de manière constante sans déplacer un objet est considérée comme une charge statique, et la connaissance de la charge qu'une structure peut supporter est utile pour définir des marges de sécurité pour la structure. Limiter la charge à la moitié du maximum d'une structure donnera un facteur de sécurité de deux.

Exemple de l'ascenseur

Un ascenseur est un exemple où se produit un chargement statique. Lorsque dix personnes se tiennent dans un ascenseur en attendant que les portes se ferment, elles exercent une charge sur celui-ci qui est statique car les personnes et l'ascenseur ne bougent pas l'un par rapport à l'autre. Les contraintes à l'intérieur de l'ascenseur ont le temps d'atteindre l'équilibre dans de telles conditions. Un ascenseur doit être testé pour établir une limite de poids maximale avec une marge de sécurité acceptable.

Charge dynamique : contraste

Une charge dynamique, d'autre part, résulte lorsque les conditions de chargement changent avec le temps. Lorsque les gens bougent dans un ascenseur, ils créent une charge dynamique, et les contraintes en un point de l'ascenseur peuvent varier considérablement.

Tests de traction sur les matériaux

Les matériaux eux-mêmes peuvent être soumis à des tests pour découvrir leurs propriétés fondamentales. Tous les matériaux ont une limite intrinsèque sur la quantité de contrainte de tension ou de compression qu'ils peuvent tolérer avant de céder ou de se déformer de manière permanente. La contrainte est une mesure de la force par unité de surface dans la section transversale d'un matériau, et lorsque la force par unité de surface devient trop grande, des micro-fissures se développent. Si la force continue d'augmenter, le matériau peut se rompre complètement.

Essai de traction et limite d'élasticité

Un essai de traction peut être utilisé pour déterminer la résistance à la traction d'un matériau. Les objets entrent en tension lorsque des forces vers l'extérieur sont appliquées le long du même axe. Si des forces sont appliquées verticalement, les objets ont tendance à devenir légèrement plus grands mais plus minces. Cette déformation est temporaire et disparaîtra une fois les forces cessées. Lorsque les contraintes surpassent le point d'élasticité (yield point), cependant, un matériau aura ses dimensions modifiées de manière permanente.

Résistance ultime à la traction

Un échantillon soumis à un essai de traction peut généralement supporter des contraintes supérieures à sa contrainte d'élasticité sans se rompre. À un certain point, cependant, l'échantillon se brisera en deux morceaux car les micro-fissures résultant de l'écoulement se développeront. La contrainte au point de rupture complète est appelée résistance ultime à la traction d'un matériau.