Essai de compression expliqué : définition, but, applications et méthodologie

L'essai de compression est un essai mécanique largement utilisé qui fournit des informations précieuses sur le comportement des matériaux lorsqu'ils sont soumis à des charges de compression. L'essai est essentiel pour sélectionner le bon matériau pour diverses applications dans des industries telles que l'aérospatiale, l'automobile et la construction. Cet article approfondira la définition, le but, les applications et le fonctionnement de l'essai de compression, ainsi que les étapes impliquées dans la réalisation d'un essai de compression.

Qu'est-ce qu'un essai de compression ?

Un essai de compression est un essai mécanique utilisé pour déterminer le comportement des matériaux lorsqu'ils sont soumis à des charges de compression. Les données collectées lors des essais de compression donnent des informations utiles sur les propriétés mécaniques de différents matériaux, qui sont inestimables pour sélectionner le bon matériau pour différentes applications, en particulier dans les industries de la construction et de l'ingénierie.

Comment fonctionne l'essai de compression ?

Dans un essai de compression, un échantillon du matériau est placé entre deux plaques ou mâchoires d'une machine d'essai. Cela peut être sous la forme d'une machine d'essai universelle, avec une cellule de charge mesurant la force appliquée. Une force de compression est appliquée à l'échantillon jusqu'à ce qu'il atteigne une déformation spécifique ou jusqu'à ce qu'il se fracture. Des dispositifs additionnels tels qu'un défectomètre ou un extensomètre peuvent être utilisés pour mesurer la défléchition ou la contrainte de compression de l'échantillon.

Illustration d'un essai de compression set.

Quel est le but de l'essai de compression ?

L'objectif de l'essai de compression est d'identifier le comportement ou la réponse d'un matériau à une charge de compression en mesurant des paramètres clés tels que la déformation, la contrainte et la déformation. L'essai de compression permet de déterminer la résistance à la compression d'un matériau, sa capacité de charge maximale, sa limite d'élasticité, son module d'élasticité et sa limite élastique parmi d'autres propriétés.

Une fois ces divers facteurs et les valeurs associées à un matériau particulier comprises, il est possible d'évaluer si le matériau est approprié pour une application donnée ou s'il va échouer sous les contraintes données.

Quand les essais de compression sont-ils utilisés ?

Les essais de compression sont utilisés pour démontrer comment un matériau répondra à la compression. Ils peuvent être utilisés pour évaluer le comportement d'écoulement plastique et les limites de fracture ductile d'un matériau. Ils déterminent aussi comment un matériau répond aux charges d'écrasement. Les essais de compression sont cruciaux pour évaluer les caractéristiques élastiques et de fracture à la compression de matériaux fragiles ou à faible ductilité.

Le module d'élasticité, le point de rendement à la compression, la limite proportionnelle, la résistance à la compression et la résistance maximale à la compression peuvent tous être déterminés par des expériences de compression. Ces caractéristiques jouent un rôle clé pour déterminer si un matériau est approprié pour une application donnée ou s'il échouera sous un ensemble donné de contraintes.

Où les essais de compression sont-ils appliqués ?

Il y a plusieurs industries dans lesquelles les essais de compression sont utilisés. Certaines des principales industries sont listées ci-dessous :

1. Industries aérospatiale et automobile

Les essais de compression sont une partie essentielle des industries aérospatiale et automobile. Ils sont utilisés pour mesurer la résistance à la compression des matériaux utilisés dans les composants moteurs, composants structurels et autres pièces critiques. Par exemple, dans l'industrie aérospatiale, les essais de compression sont utilisés pour tester la résistance des matériaux utilisés dans la fabrication d'ailes d'avion, fuselages et pièces de moteur. Dans l'industrie automobile, les essais de compression sont utilisés pour tester la résistance des matériaux utilisés dans la fabrication de blocs moteurs, vilebrequins, ressorts et autres composants.

2. Industrie de la construction

Dans l'industrie de la construction, les essais de compression sont utilisés pour déterminer la résistance à la compression du béton, ciment et autres matériaux de construction. Ces essais sont critiques pour s'assurer que les matériaux de construction répondent aux normes de résistance requises et peuvent supporter le poids et la pression de la structure. L'essai de compression est aussi utilisé pour mesurer la performance de compression de panneaux de toiture, panneaux isolants et matériaux en feuille pour la construction et pour effectuer des tests d'indentation pour plaques de plâtre, pipelines et béton projeté.

3. Industrie cosmétique

Les essais de compression sont une partie importante de l'industrie cosmétique, et sont utilisés de la manière suivante :

• Les sprays et pompes distributrices sont testés pour la force d'actionnement.
• Tests de résistance à la rupture de rouge à lèvres, baume à lèvres et eye-liner.
• Résistance des fards à paupières et poudres compactes lorsqu'elles sont compactées.
• Évaluation de la force requise pour distribuer crèmes et lotions depuis flacons et sachets.

4. Industries électrique et électronique

Dans les industries électrique et électronique, les essais de compression sont utilisés pour tester la résistance à la compression des isolateurs, connecteurs, écrans LCD, claviers et autres composants. Ces essais sont critiques pour s'assurer que les composants peuvent résister à la pression et au poids d'autres composants et appareils sans se casser ou se dégrader avec le temps.

5. Industrie des dispositifs médicaux

L'industrie médicale est une autre industrie qui a de nombreuses utilisations pour l'essai de compression. Certaines de ces utilisations incluent :

• Le test de flexion à trois points pour les aiguilles.
• Tests de force d'actionnement des inhalateurs doseurs et stylos injecteurs.
• Tests de netteté, d'insertion et de force de pénétration des scalpels et aiguilles.
• Actionnement du piston de seringue et évaluation de la force de « course ».

6. Industrie de l'emballage

Dans l'industrie de l'emballage, les essais de compression sont utilisés pour tester la résistance à la compression du carton, carton plat et autres matériaux d'emballage. Ces essais sont critiques pour s'assurer que l'emballage peut supporter le poids et la pression des produits à l'intérieur sans se casser ou se déchirer.

7. Industrie du papier et carton

Les essais de compression sont effectués dans l'industrie du papier et carton pour tester la résistance à la compression du carton.

8. Industries des plastiques, caoutchouc et élastomères

L'essai de compression dans l'industrie du caoutchouc, plastique et élastomère inclut principalement l'identification des caractéristiques de compression d'un polymère sous charge.

9. Industries de la sécurité, santé, fitness et loisirs

Certaines applications de l'essai de compression dans les industries de la sécurité, santé, fitness et loisirs incluent :

• Test de l'efficacité des balles de tennis, golf et cricket.
• Test de compression de harnais de siège auto.

Comment réaliser un essai de compression ?

L'essai de compression fonctionne en soumettant un matériau à une force de compression jusqu'à ce qu'il atteigne une déformation spécifiée ou se fracture. Le processus implique généralement les étapes suivantes :

• Préparation de l'échantillon : Un échantillon du matériau à tester est sélectionné et préparé selon la norme d'essai. L'échantillon peut être de forme cylindrique ou cubique, selon les exigences du test.
• Montage de l'échantillon : L'échantillon est monté entre deux plaques ou mâchoires d'une machine d'essai. La machine peut utiliser une force hydraulique, pneumatique ou mécanique pour appliquer la charge à l'échantillon.
• Application de la force : Une force de compression est appliquée à l'échantillon à un taux constant jusqu'à ce qu'il atteigne une déformation spécifiée ou se fracture. Pendant le test, la force appliquée et la déformation résultante sont mesurées et enregistrées.
• Analyse des résultats : Les données collectées pendant le test sont utilisées pour calculer diverses propriétés du matériau, y compris la résistance à la compression, le module d'élasticité et les caractéristiques de déformation.

Illustration d'un essai de contrainte de compression.

Qu'est-ce que l'équipement d'essai de compression ?

Des dispositifs d'essai à compatibilité universelle sont utilisés pour les essais de compression. Avec des capacités de force allant de 0,02 N à 2 000 kN, ces dispositifs sont généralement offerts dans une large gamme de tailles. Une machine d'essai universelle doit être équipée d'extensomètres, de plateaux spécifiques à l'application et de logiciel d'essai. Une seule machine peut être ajustée pour tester n'importe quel matériau dans sa plage de force en changeant simplement le montage, selon le type de matériau testé.

Dans un essai de compression, un échantillon du matériau est placé entre deux plaques ou mâchoires de machine d'essai de compression et compressé à une déformation prédéterminée ou jusqu'à ce qu'il se fissure.

Quels sont les résultats courants des essais de compression ?

Les résultats des essais de compression varieront de matériau à matériau, et aussi en fonction des propriétés désirées pour lesquelles l'utilisateur teste.

Quels sont les types d'essai de compression ?

Les différents types d'essai de compression sont listés et discutés ci-dessous :

1. Essai de compression uniaxial

L'essai de compression uniaxial est le type d'essai de compression le plus courant et fondamental. Il implique l'application d'une charge de compression à un éprouvette sur un seul axe, généralement entre deux plaques plates dans une machine d'essai universelle. Cet essai est utilisé pour évaluer la résistance à la compression, le module d'élasticité, le point de rendement et le comportement de déformation d'une grande variété de matériaux.

Les essais uniaxiaux sont particulièrement adaptés pour des matériaux tels que métaux, plastiques, céramiques, béton et composites. Les éprouvettes sont généralement de forme cylindrique ou cubique, et l'essai est conduit à un taux de déformation contrôlé jusqu'à la rupture ou une déformation spécifiée atteinte.

2. Essai de ressort

L'essai de ressort est une méthode d'essai des ressorts de compression pour mesurer leurs caractéristiques de performance. Un ressort est placé dans une machine d'essai de compression et compressé jusqu'à ce que toutes les spires se touchent, et la machine détermine alors les caractéristiques suivantes :

• Hauteur solide : La hauteur du ressort quand il est complètement compressé.
• Charge maximale : La quantité de force requise pour compresser complètement le ressort.
• Longueur libre : La longueur du ressort sans charge.
• Raideur du ressort : La quantité de force requise pour compresser le ressort d'une certaine distance.

3. Essai de charge supérieure/écrasement

L'essai de charge supérieure est effectué en appliquant une force descendante sur un éprouvette pour mesurer comment il résiste à l'écrasement. Cela peut être effectué sur tout type d'éprouvette mais est couramment utilisé dans l'industrie de l'emballage pour tester la résistance à l'écrasement de contenants tels que bouteilles en plastique, cartons et bocaux.

Quelles sont les normes d'essai de compression ?

Il y a de nombreuses normes industrielles pour les essais de compression, maintenues par différentes organisations, telles que :

Métaux

ASTM E9-89a – Méthodes d'essai standard pour l'essai de compression de matériaux métalliques à température ambiante

Couvre l'appareillage, éprouvettes et procédures pour l'essai de compression à charge axiale de matériaux métalliques à température ambiante.

Plastiques

ISO 844:2021 – Plastiques cellulaires rigides — Détermination des propriétés de compression

Spécifie les méthodes pour déterminer la résistance à la compression, la contrainte à 10 % de déformation relative et le module de compression de plastiques cellulaires rigides.

ISO 15527:2007 – Plastiques — Feuilles de polyéthylène moulées par compression (PE-UHMW, PE-HD) — Exigences et méthodes d'essai

Spécifie les exigences et méthodes d'essai pour feuilles plates solides de polyéthylène moulées par compression sans charges ni matériaux de renforcement.

ASTM D6713-01 – Spécification standard pour formes extrudées et moulées par compression faites de Poly(Fluorure de Vinylidène) (PVDF)

Couvre les exigences et méthodes d'essai pour formes extrudées et moulées par compression faites de PVDF.

Caoutchouc et élastomères

ISO 7743:2008 – Caoutchouc, vulcanisé ou thermoplastique — Détermination des propriétés contrainte-déformation en compression

Spécifie les méthodes pour déterminer les propriétés contrainte-déformation en compression de caoutchouc vulcanisé ou thermoplastique en utilisant un éprouvette standard.

ASTM D575 – Méthodes d'essai standard pour les propriétés du caoutchouc en compression

Détermine les caractéristiques de compression-déflexion de composés de caoutchouc.

admet.com

ASTM C864-05 – Spécification standard pour joints d'étanchéité de compression en élastomère dense, blocs de calage et entretoises

Couvre les joints d'étanchéité de compression en élastomère dense préformés et accessoires pour utilisation dans applications d'étanchéité et de vitrage.

Papier et carton

ISO 9895:1989 – Papier et carton — Résistance à la compression — Essai à courte portée

Spécifie une méthode pour déterminer la résistance à la compression dans les directions machine et transversale du papier et carton en utilisant un testeur de compression à courte portée.

Matériaux de construction

BS EN 12365-2:2003 – Quincaillerie de construction — Joints et coupe-froid pour portes, fenêtres, volets et murs-rideaux — Partie 2 : Méthodes d'essai de force de compression linéaire

Spécifie les méthodes d'essai pour déterminer la force de compression linéaire des joints et coupe-froid utilisés dans la quincaillerie de construction.

Quels sont les avantages d'un essai de compression ?

Il y a de nombreux avantages à l'essai de compression, incluant :

• Il est généralement rentable comparé à d'autres types d'essais.
• Il peut être effectué sur une grande variété de matériaux.
• C'est une technique bien établie qui peut fournir des résultats fiables quand elle est correctement réalisée.

Quelles sont les limitations d'un essai de compression ?

Il y a certaines limitations à l'essai de compression, incluant :

• Ne donne que des informations sur la résistance à la compression d'un matériau et les propriétés connexes, comme le module d'élasticité et le point de rendement.
• Il peut être chronophage.
• Les éprouvettes de test doivent être préparées d'une manière très spécifique, ce qui peut être coûteux et affecter l'exactitude des résultats.
• L'exactitude des résultats peut être affectée par des facteurs environnementaux, comme la température, ainsi que par l'erreur de l'opérateur, comme le chargement incorrect de l'éprouvette.

Les essais de compression sont-ils exacts ?

Oui, les essais de compression peuvent être extrêmement exacts, tant que des machines de haute qualité et des procédures d'essai sont utilisées. Il y a divers facteurs qui peuvent diminuer l'exactitude des tests, comme des configurations de test incohérentes, des machines de basse qualité, ou des machines mal calibrées. En atténuant ces facteurs, il est possible d'atteindre une très haute exactitude avec les essais de compression.

Quelle est la différence entre l'essai de traction et l'essai de compression ?

La différence entre l'essai de traction et l'essai de compression est qu'avec l'essai de traction, une contrainte de traction, ou force de traction, est appliquée. Avec l'essai de compression, d'autre part, une contrainte de compression, ou force de poussée, est appliquée.

Résumé

Cet article a présenté les essais de compression, expliqué ce qu'ils sont, et discuté leur but et types. Pour en savoir plus sur les essais de compression, contactez un représentant Xometry.

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Dean McClements

Dean McClements est diplômé B.Eng Honors en Génie Mécanique avec plus de deux décennies d'expérience dans l'industrie manufacturière. Son parcours professionnel inclut des rôles significatifs dans des entreprises leaders telles que Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace et Hyster-Yale, où il a développé une compréhension approfondie des processus et innovations d'ingénierie.

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