Tests de compression expliqués :définition, objectif, applications et méthodologie

Les tests de compression sont un test mécanique largement utilisé qui fournit des informations précieuses sur le comportement des matériaux lorsqu'ils sont soumis à des charges de compression. Le test est essentiel pour sélectionner le matériau approprié pour diverses applications dans des secteurs tels que l'aérospatiale, l'automobile et la construction. Cet article approfondira la définition, l'objectif, les applications et le fonctionnement des tests de compression, ainsi que les étapes impliquées dans la réalisation d'un test de compression.

Qu'est-ce qu'un test 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 tests 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 secteurs de la construction et de l'ingénierie.

Comment fonctionnent les tests de compression ?

Lors d'un essai de compression, un échantillon du matériau est placé entre deux plaques ou mâchoires d'une machine d'essai. Cela peut prendre la forme d’une machine d’essai universelle, dotée d’une cellule de pesée 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 appareils supplémentaires, tels qu'un déflectomètre ou un extensomètre, peuvent être utilisés pour mesurer la déflexion ou la déformation en compression de l'échantillon.

Illustration d'un test de déformation rémanente.

Quel est le but des tests de compression ?

L'objectif des tests de compression est de déterminer 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. Les tests de compression permettent de déterminer, entre autres propriétés, la résistance à la compression, la capacité portante maximale, la limite d'élasticité, le module élastique et la limite élastique d'un matériau. 

Une fois ces différents facteurs et les valeurs associées à un matériau particulier compris, il est possible d'évaluer si le matériau est adapté ou non à une application donnée ou s'il échouera sous les contraintes données.

Quand les tests de compression sont-ils utilisés ?

Les tests de compression sont utilisés pour démontrer comment un matériau réagira à la compression. Ils peuvent être utilisés pour évaluer le comportement d’écoulement plastique d’un matériau et les limites de rupture ductile. Ils déterminent également la façon dont un matériau réagit aux charges d’écrasement. Les tests de compression sont cruciaux pour évaluer les caractéristiques de rupture élastique et par compression des matériaux fragiles ou à faible ductilité.

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

Où les tests de compression sont-ils appliqués ?

Il existe plusieurs industries dans lesquelles des tests de compression sont utilisés. Certaines des principales industries sont répertoriées ci-dessous :

1. Industrie aérospatiale et automobile

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

2. Industrie de la construction

Dans le secteur de la construction, les tests de compression sont utilisés pour déterminer la résistance à la compression du béton, du ciment et d'autres matériaux de construction. Ces tests sont essentiels pour garantir que les matériaux de construction répondent aux normes de résistance requises et peuvent résister au poids et à la pression de la structure. Les tests de compression sont également utilisés pour mesurer les performances de compression des panneaux de toiture, des panneaux isolants et des matériaux en feuilles pour la construction et pour effectuer des tests d'indentation pour les plaques de plâtre, les pipelines et le béton projeté.

3. Industrie cosmétique

Les tests de compression constituent une partie importante de l'industrie cosmétique et sont utilisés des manières suivantes :

• Les sprays et les pompes de distribution sont testés pour la force de l'actionneur.
• Tests de résistance à la rupture des rouges à lèvres, des baumes à lèvres et des eye-liners.
• Résistance des fards à paupières et des poudres compactes une fois compactés.
• Évaluer la force nécessaire pour distribuer les crèmes et lotions à partir de flacons et de sachets.

4. Industrie électrique et électronique

Dans l'industrie électrique et électronique, les tests de compression sont utilisés pour tester la résistance à la compression des isolateurs, des connecteurs, des écrans LCD, des claviers et d'autres composants. Ces tests sont essentiels pour garantir que les composants peuvent résister à la pression et au poids d'autres composants et appareils sans se casser ou se dégrader au fil du temps.

5. Industrie des dispositifs médicaux

L’industrie médicale est une autre industrie qui a de nombreuses utilisations pour les tests de compression. Certains d'entre eux incluent :

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

6. Industrie de l'emballage

Dans l'industrie de l'emballage, les tests de compression sont utilisés pour tester la résistance à la compression du carton, du carton et d'autres matériaux d'emballage. Ces tests sont essentiels pour garantir que l'emballage peut résister au poids et à la pression des produits qu'il contient sans se casser ni se déchirer.

7. Industrie du papier et du carton

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

8. Industrie des plastiques, du caoutchouc et des élastomères

Les tests de compression dans l'industrie du caoutchouc, du plastique et des élastomères comprennent principalement l'identification des caractéristiques de compression d'un polymère sous charge.

9. Industrie de la sécurité, de la santé, du fitness et des loisirs

Certaines des applications des tests de compression dans les secteurs de la sécurité, de la santé, du fitness et des loisirs incluent :

• Test de l'efficacité des balles de tennis, de golf et de cricket.
• Tests de compression des harnais de sécurité des sièges de voiture.

Comment effectuer un test de compression ?

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

• Préparation de l'échantillon :un échantillon du matériau à tester est sélectionné et préparé conformément à la norme de test. 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 de test. La machine peut utiliser une force hydraulique, pneumatique ou mécanique pour appliquer une 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 ou une fracture spécifiée. Pendant l'essai, la force appliquée et la déformation résultante sont mesurées et enregistrées.
• Analyse des résultats :les données collectées lors du test sont utilisées pour calculer diverses propriétés du matériau, notamment la résistance à la compression, le module élastique et les caractéristiques de déformation.

Une illustration d'un test de contrainte de compression.

Qu'est-ce qu'un équipement de test de compression ?

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

Lors d'un test de compression, un échantillon du matériau est pris en sandwich entre deux plaques ou mâchoires de la machine d'essai de compression et comprimé jusqu'à une déformation prédéterminée ou jusqu'à ce qu'il se fissure.

Quels sont les résultats courants des tests de compression

Les résultats des tests de compression varient d'un matériau à l'autre, et également en raison des propriétés souhaitées pour lesquelles l'utilisateur teste.

Quels sont les types de tests de compression ?

Les différents types de tests de compression sont répertoriés et discutés ci-dessous :

1. Test de compression uniaxiale

Les tests de compression uniaxiale sont le type de test de compression le plus courant et le plus fondamental. Il s'agit d'appliquer une charge de compression à une éprouvette dans un seul axe, généralement entre deux plaques plates dans une machine d'essai universelle. Ce test est utilisé pour évaluer la résistance à la compression, le module d'élasticité, la limite d'élasticité et le comportement à la déformation d'une grande variété de matériaux.

Les essais uniaxiaux sont particulièrement adaptés aux matériaux tels que les métaux, les plastiques, la céramique, le béton et les composites. Les échantillons sont généralement de forme cylindrique ou cubique, et le test est effectué à un taux de déformation contrôlé jusqu'à ce qu'une rupture ou une déformation spécifiée soit atteinte.

2. Tests de printemps

Les tests de ressorts sont une méthode de test des ressorts de compression pour mesurer leurs caractéristiques de performance. Un ressort est placé dans une machine de test de compression et comprimé jusqu'à ce que toutes les bobines se touchent, et la machine détermine alors les caractéristiques suivantes :

• Hauteur solide :hauteur du ressort lorsqu'il est complètement comprimé.
• Charge maximale :quantité de force requise pour comprimer complètement le ressort.
• Longueur libre :longueur du ressort sans charge.
• Taux du ressort :quantité de force nécessaire pour comprimer le ressort sur une certaine distance.

3. Chargement par le haut/écrasement

Les tests de charge supérieure sont effectués en appliquant une force vers le bas à un échantillon pour mesurer sa résistance à l'écrasement. Cette opération peut être effectuée sur n'importe quel type d'échantillon, mais elle est couramment utilisée dans l'industrie de l'emballage pour tester la résistance à l'écrasement de récipients tels que des bouteilles en plastique, des cartons et des pots.

Quelles sont les normes de test de compression ?

Il existe de nombreuses normes industrielles pour les tests de compression, maintenues par différentes organisations, telles que :

Métaux

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

Couvre les appareils, les échantillons et les procédures pour les essais de compression sous charge axiale des matériaux métalliques à température ambiante. 

Plastiques

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

Spécifie les méthodes permettant de déterminer la résistance à la compression, la contrainte à une déformation relative de 10 % et le module de compression des 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 les méthodes d'essai pour les feuilles de polyéthylène plates et solides moulées par compression, sans charges ni matériaux de renforcement. 

ASTM D6713-01 – Spécification standard pour les formes extrudées et moulées par compression en poly(fluorure de vinylidène) (PVDF)

Couvre les exigences et les méthodes de test pour les formes extrudées et moulées par compression en PVDF. 

Caoutchouc et élastomères

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

Spécifie les méthodes permettant de déterminer les propriétés contrainte-déformation en compression du caoutchouc vulcanisé ou thermoplastique à l'aide d'une éprouvette standard. 

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

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

admet.com

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

Couvre les joints de compression en élastomère dense préformés et les accessoires destinés à être utilisés dans les 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 permettant de déterminer la résistance à la compression dans la machine et les directions transversales du papier et du carton à l'aide d'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 des coupe-froid utilisés dans la quincaillerie de construction.

Quels sont les avantages d'un test de compression ?

Les tests de compression présentent de nombreux avantages, notamment :

• Il est généralement plus rentable que d'autres types de tests.
• Elle peut être réalisée sur une grande variété de matériaux.
• Il s'agit d'une technique bien établie qui peut fournir des résultats fiables lorsqu'elle est exécutée correctement.

Quelles sont les limites d'un test de compression ?

Il existe certaines limites aux tests de compression, notamment :

• Donne uniquement des informations sur la résistance à la compression d'un matériau et les propriétés associées, telles que le module élastique et la limite d'élasticité.
• Cela peut prendre du temps.
• Les échantillons de test doivent être préparés d'une manière très spécifique, ce qui peut être coûteux et affecter l'exactitude des résultats.
• La précision des résultats peut être affectée par des facteurs environnementaux, tels que la température, ainsi que par des erreurs de l'opérateur, telles qu'un chargement incorrect de l'échantillon.

Les tests de compression sont-ils précis ?

Oui, les tests de compression peuvent être extrêmement précis, à condition d’utiliser des machines et des procédures de test de haute qualité. Il existe cependant divers facteurs qui peuvent diminuer la précision des tests, tels que des configurations de test incohérentes, des machines de mauvaise qualité ou des machines mal étalonnées. En atténuant ces facteurs, il est possible d'obtenir une très grande précision avec les tests de compression.

Quelle est la différence entre les tests de traction et les tests de compression ?

La différence entre les tests de tension et les tests de compression réside dans le fait que, lors des tests de tension, une contrainte de traction ou une force de traction est appliquée. Avec les tests de compression, en revanche, une contrainte de compression, ou force de poussée, est appliquée.

Résumé

Cet article présente les tests de compression, explique ce qu'ils sont et discute de leur objectif et de leurs types. Pour en savoir plus sur les tests de compression, contactez un représentant Xometry.

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Dean McClements

Dean McClements est titulaire d'un baccalauréat spécialisé en génie mécanique et possède plus de deux décennies d'expérience dans l'industrie manufacturière. Son parcours professionnel comprend des rôles importants dans des entreprises de premier plan telles que Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace et Hyster-Yale, où il a développé une compréhension approfondie des processus d'ingénierie et des innovations.

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