La contrainte de traction expliquée :définition, formule, unités et exemples pratiques

La contrainte de traction est un concept essentiel pour comprendre la résistance des matériaux et leur capacité à supporter des charges dans le monde réel. C'est le rapport entre une force d'étirement et la surface de la section transversale d'un matériau. Cet article abordera la définition de la contrainte de traction, la formule et l'unité de mesure lors du calcul.

Qu'est-ce que la contrainte de traction ?

La contrainte de traction est le rapport entre une force d'étirement agissant sur un matériau et la surface de la section transversale de ce matériau. C'est la force par unité de surface qui met un objet en tension. La contrainte de traction est mesurée lors d'essais de matériaux standardisés pour indiquer la résistance à la traction, c'est-à-dire la contrainte maximale qu'un matériau peut supporter avant de se rompre. C'est un paramètre clé dans la sélection des matériaux et se produit lorsqu'une force d'étirement agit sur un matériau, ou en d'autres termes, lorsqu'un objet est sous « tension ».

Quand la contrainte de traction se produit-elle ?

La contrainte de traction se produit lorsqu'une force d'étirement agit sur un matériau, ou en d'autres termes lorsqu'un objet est sous tension.

Que peut-on calculer lorsque la contrainte de traction agit sur un matériau ?

Lorsque la contrainte de traction agit sur un matériau, un certain nombre de propriétés essentielles peuvent en résulter être calculées, notamment :

1. Module de résilience

Le module de résilience est la quantité d'énergie stockée élastiquement dans un matériau par unité de volume. La résilience est calculée comme l'aire sous la courbe contrainte-déformation de traction, avant la limite élastique (avant que le matériau ne commence à se déformer plastiquement). La résilience indique l'énergie stockée dans un matériau soumis à une contrainte, car l'énergie peut être calculée comme le produit de la force (contrainte) et de la distance (déformation). Le module de résilience est spécifiquement par unité de volume.

2. Module élastique

Le module d’élasticité, également appelé module d’élasticité ou module d’Young, peut être calculé en appliquant une contrainte de traction à un matériau. Le module élastique est le rapport entre la contrainte de traction et la déformation longitudinale (étirement). Il est calculé comme le gradient de la courbe de contrainte de traction dans la section élastique. Le module élastique déduit la quantité de déformation qu'un matériau subira lorsqu'il sera soumis à une contrainte de traction spécifique.

3. Contrainte de fracture

La contrainte de rupture est la contrainte de traction à laquelle le matériau se brise (fractures). Dans un essai de contrainte de traction, la contrainte de rupture est la contrainte enregistrée à la fin de l'essai lorsque la rupture se produit. Pour les matériaux ductiles, la contrainte à la rupture sera inférieure à la contrainte de traction ultime, car une striction se produit dans l'échantillon de matériau.

4. Contrainte de traction ultime

La contrainte de traction ultime est la contrainte de traction maximale qu'un matériau est capable de supporter avant rupture. Lors des tests (selon la loi de Hooke), la contrainte est proportionnelle à la déformation (étirement) d'un matériau dans la région de déformation élastique. À mesure que la contrainte augmente, le matériau commence à se déformer plastiquement (de manière irréversible). La contrainte de traction maximale se produira dans le matériau à un moment donné de la déformation plastique :il s'agit de la contrainte de traction ultime. À mesure que la déformation augmente au-delà de ce point, la contrainte de traction diminue jusqu'à la rupture.

La formule de la contrainte de traction

La formule de la contrainte de traction est simplement la force sur la surface, écrite comme :

σ =F/A

La contrainte de traction est le rapport entre la force d'étirement appliquée à la section transversale du matériau soumis à la tension.

Quelle est l'unité de contrainte de traction ?

L'unité de contrainte de traction est le pascal (Pa). Il s'agit d'une force sur une surface, semblable à la pression ; ainsi, la contrainte de traction partage les unités avec la pression. Les unités peuvent donc également être exprimées en N/m2, ou bien en psi. En raison de l'ampleur des résistances à la traction des matériaux courants, l'unité la plus couramment utilisée est le MPa (1 x 106 Pa).

Qu'est-ce que le symbole de contrainte de traction ?

Le symbole de la contrainte de traction est la lettre minuscule grecque sigma σ.

Comment calculer la contrainte de traction ?

Pour calculer la contrainte de traction, commencez par la formule :

σ =F/A

La contrainte de traction est calculée comme la force de traction appliquée, divisée par la surface de la section transversale. La deuxième étape consiste alors à établir la force agissant sur le matériau, en newtons ou en livres-force. La troisième étape consiste à calculer la surface de la section transversale sur laquelle la force agit. Il s'agit spécifiquement de la zone perpendiculaire à la direction de la contrainte de traction. Il est essentiel de considérer la déformation éventuelle de l’objet due à la contrainte de traction agissant sur lui. La tension provoque l’étirement du matériau, ce qui l’amincit et réduit sa section transversale. Ceci devrait donc idéalement être mesuré en cas de stress. Enfin, la contrainte de traction est calculée en divisant la force par la surface de la section transversale.

Comment comprendre la courbe de contrainte de traction ?

Pour comprendre la courbe de contrainte de traction, il est important que vous appreniez d’abord comment la courbe est créée. Le matériau à tester, en forme d'haltère (ou d'os de chien), est placé dans une machine qui saisit chaque extrémité. Les pinces s'écartent alors lentement, augmentant la contrainte (déplacement) du matériau et induisant une contrainte. La déformation est augmentée jusqu'à ce que le matériau se brise, et la contrainte est mesurée partout. La relation entre la contrainte et la déformation est tracée, avec la déformation constamment croissante sur l'axe X et la contrainte résultante sur l'axe Y.

Deuxièmement, il y a des points clés à identifier sur la courbe de contrainte de traction :