Définition
Contrainte mécanique
La contrainte mécanique est la force appliquée par unité de surface à l'intérieur d'un matériau. Elle est exprimée en pascals (Pa) ou en mégapascals (MPa).
Déformation élastique
Une déformation élastique est une transformation réversible d'un matériau lorsqu'une contrainte est appliquée. Le matériau reprend sa forme initiale une fois cette contrainte retirée.
Déformation plastique
Une déformation plastique est une transformation irréversible d'un matériau due à une contrainte. Le matériau ne reprend pas sa forme initiale après le retrait de la contrainte.
Les types de contraintes mécaniques
Contrainte normale
Définition
Contrainte normale ou axiale
Elle survient lorsque la force appliquée est perpendiculaire à la surface de la section considérée. Elle peut être de traction (tendant à allonger le matériau) ou de compression (tendant à le raccourcir).
La contrainte normale est souvent rencontrée dans des structures où le matériau est tiré ou comprimé dans la direction de l'axe. Les exemples incluent des colonnes en compression et des câbles en traction.
Contrainte tangentielle
Définition
Contrainte tangentielle ou de cisaillement
Elle survient lorsque la force appliquée est parallèle à la surface de la section considérée. Elle tend à provoquer un glissement entre les couches du matériau.
Cette contrainte est cruciale dans les joints soudés ou rivetés et dans le plan glissant des matériaux cristallins. Elle est responsable de nombreux types de défaillances, y compris le cisaillement.
Contrainte de torsion
Définition
Contrainte de torsion
Il s'agit d'une contrainte résultant d'un moment de torsion, c'est-à-dire d'une force appliquée pour faire tourner un matériau. Elle est souvent rencontrée dans les arbres de transmission et autres éléments rotatifs.
Les contraintes de torsion produisent dans les matériaux des déformations angulaires internes. Cette contrainte est caractéristique des éléments soumis à une rotation ou une torsion.
Comportement mécanique sous contrainte
Comportement élastique
Lorsqu'une contrainte est appliquée à un matériau, il répond initialement par une déformation élastique. Le comportement obéit souvent à la loi de Hooke, selon laquelle la déformation est proportionnelle à la contrainte appliquée. Ce comportement est typique des matériaux qui reprennent leur forme après déformation, tant que leur limite élastique n'est pas dépassée.
Comportement plastique
Si la contrainte dépasse la limite élastique du matériau, celui-ci se déforme de manière permanente. Cela correspond au comportement plastique, où le matériau ne reprend pas sa forme initiale après le retrait de la contrainte. Ce phénomène est souvent utilisé dans les processus de moulage ou de mise en forme industrielle, et il est crucial pour une bonne compréhension des défaillances structurelles.
A retenir :
Les contraintes mécaniques sont essentielles pour comprendre comment les matériaux réagissent aux forces appliquées. Les trois types principaux de contraintes – normale, tangentielle, et de torsion – influencent la manière dont un matériau se déforme, qu'il s'agisse de déformation élastique (réversible) ou plastique (irréversible). Une compréhension intime de ces concepts permet non seulement de concevoir des structures plus efficaces mais aussi de prévoir et prévenir les défaillances matérielles.
