La contrainte et la déformation sont considérées comme les concepts les plus fondamentaux de l'ingénierie et de la science des matériaux. Ces deux concepts définissent ce qui se passe lorsque des forces sont exercées sur les matériaux. Si vous avez une bonne connaissance de ces deux propriétés, de leurs types et des principales différences entre elles, cela vous aidera dans les applications industrielles à détecter les défaillances des composants avec des matériaux délicats.
Le stress et ses types
La contrainte désigne la force exercée par unité de surface sur un matériau. La quantité de contrainte appliquée à l'objet pour une quantité spécifique de déformation permet de mesurer si l'objet est rigide ou non. Voici les principaux types de contrainte :
- Contrainte de cisaillement
- Contrainte de traction
- Stress normal
- Contrainte de compression
- Contraintes planes
Souche et ses types ?
La déformation est le résultat d'un changement ou d'une déformation de la forme du matériau. Vous trouverez ici également les différents types de déformation.
- Contrainte de cisaillement
- Déformation volumétrique
- Déformation élastique
- Déformation latérale
- Déformation normale ou longitudinale
Principales différences entre stress et tension
Connaître la différence subtile entre contrainte et déformation est essentiel en ingénierie structurelle et en science des matériaux. L'évaluation des deux révèle des détails sur le comportement du matériau qui vous aident à prendre des décisions importantes pour la conception. Leur association permet également de mesurer les principales propriétés de la mécanique. La compréhension des protocoles de contrainte et de déformation est essentielle pour les ingénieurs de différents domaines.
Différence de définition et de mesure
- La contrainte est une mesure de force par surface, dont les unités SI sont le pascal (Pa) ou le newton par mètre carré (N/m2). Elle compte la force exercée sur une surface particulière d'un matériau. Vous pouvez calculer la contrainte à l'aide de la formule suivante : σ=FA
- La déformation est le nombre de déformations subies par l'objet lors de l'application de la force, divisé par les dimensions d'origine de l'objet. Elle est calculée sous forme de valeur décimale ou de pourcentage.
- Par nature, la contrainte est un calcul de force, tandis que la déformation, en revanche, est une mesure de déformation. De plus, vous pouvez trouver la contrainte avec ses unités alors que la déformation est sans dimension.
Différence entre les types et les applications
- La contrainte de traction, la contrainte de compression et la contrainte de cisaillement sont les principaux types de contraintes que vous observez en corrélation avec diverses applications de force et qui conduisent aux différentes réactions qui se produisent à l'intérieur du matériau.
- Contrairement aux types de contraintes, les types de déformations tels que volumétrique, élastique et plastique se présentent sous différentes formes de déformation une fois que la contrainte est exercée. Par exemple, vous pouvez trouver souhaitable d'avoir une déformation élastique dans les ressorts, tandis que l'autre type de déformation peut entraîner la défaillance du matériau dans les structures critiques.
- La contrainte de compression est la force qui entraîne la déformation du matériau de telle sorte qu'il y a une diminution du volume du matériau. Un niveau de contrainte de compression plus élevé conduit généralement à l'effondrement du matériau en raison de la tension. Vous pouvez voir ce type de contrainte utilisé dans la construction dans le but de maintenir des objets ensemble. Par exemple, imaginez que vous construisez un pont. Vous utiliseriez la contrainte de compression pour le maintenir ensemble pendant sa construction
- D'autre part, la déformation volumétrique est la variation d'un échantillon de roche lorsqu'il est exposé à une charge externe et fait référence à la proportion de la variation de volume par rapport au volume d'origine de l'échantillon de roche. Vous pouvez trouver ce type de déformation mettant en évidence la déformation compressive après la déformation de dilatance σ cd et avant la déformation de dilatance σ c d.
Relation entre cause et effet
- Vous constaterez que le stress agit comme cause, développé si des forces externes sont exercées sur un matériau. Le stress représente essentiellement la résistance interne fournie par un matériau par opposition à la déformation causée par l'exécution de la charge. Le stress provoque la modification de la forme ou la déformation d'un matériau, ainsi qu'une influence sur ses propriétés mécaniques, sa résistance et sa rigidité. Vous pouvez voir la fracture du matériau ou même une déformation permanente si la contrainte est trop élevée. Plus important encore, la corrosion, la fatigue et d'autres types de dégradation du matériau au fil du temps sont également causés par le stress.
- En revanche, si l'on observe l'effet de la contrainte, il est corrigible car on peut voir le matériau revenir à sa forme d'origine lorsque la charge est retirée. Une déformation plastique peut se produire si la contrainte dépasse la limite d'élasticité, ce qui entraîne une variation permanente de la forme du matériau. Les risques de fracture du matériau sont moindres, même en cas de contrainte excessive. La contrainte provoque une altération des propriétés d'autres matériaux, notamment la conductivité thermique, la conductivité électrique et la susceptibilité magnétique.
Comportement physique et marges de sécurité
- Les contraintes peuvent entraîner un changement de forme du matériau, un étirement, une compression ou une torsion. Les contraintes sont des quantités interprétées mathématiquement, elles sont mesurées via des déformations et ne peuvent pas être calculées directement. Selon la loi de Hooke, elles sont proportionnelles aux déformations dans la limite d'élasticité d'un matériau. Des marges de sécurité peuvent être incorporées par les ingénieurs et vous pour éviter d'atteindre la plage plastique sur la base de la contrainte maximale admissible.
- Les déformations sont toujours détectables physiquement. Elles sont exprimées comme une « variation de dimensions divisée par la dimension réelle ». Vous pouvez mesurer les déformations soit directement en adoptant des jauges de déformation, soit en mesurant via le déplacement. En substance, des contraintes sont générées dans un corps lorsqu'il est exposé à une charge, ce qui crée finalement les déformations. Vous pouvez voir la déformation dans le plastique ou dans l'élastique.
- Différents matériaux présentent des comportements différents lorsqu'ils sont exposés à des contraintes et à des déformations. Par exemple, sous contrainte, les métaux ductiles tels que les alliages et l'acier inoxydable ont tendance à céder puis à se déformer, tandis que les métaux délicats tels que les aciers à haute teneur en carbone sont plus susceptibles de se briser sous une déformation plastique nominale. En revanche, le comportement des polymères sous contrainte et déformation est tout à fait différent.
Applicabilité des contraintes et des déformations
- La contrainte serait applicable si le corps en contact est une substance solide comme le métal. Chaque métal possède une capacité de contrainte, au-delà de laquelle il perd sa résistance à la traction et sa forme de manière permanente.
- En revanche, la contrainte s'applique souvent aux substances élastiques, notamment aux bandes de caoutchouc. La contrainte est la principale cause de l'étirement d'une substance au-delà de sa longueur standard et elle récupère lorsque la force est relâchée. On peut également l'appeler propriété élastique. La quantité de contrainte qu'une substance subit peut être illustrée sous la forme du rapport de contrainte, qui est la longueur d'étirement/longueur réelle. La répétition de l'étirement entraînera la perte d'élasticité de la substance.
Conclusion
Toutes les informations à garder à l'esprit vous permettent de comprendre les concepts fondamentaux de contrainte et de déformation, de les différencier en fonction de leurs propriétés et d'obtenir la meilleure réponse lorsque vous travaillez dessus. Cela améliore également vos connaissances concernant son application industrielle. N'oubliez pas que la compréhension des comportements de contrainte et de déformation vous aidera à garantir les normes de sécurité et de performance. En outre, cela vous aide à accroître la crédibilité et la durabilité des structures et des produits dans différents secteurs.
