Résistance à la traction ultime

Connaissance de la résistance du matériel, en particulier les métaux, est tout à fait impératif dans la plupart des disciplines d'ingénierie. Parmi toutes les mesures, résistance à la traction ultime (UTS) est référencé le plus fréquemment. Le concept est tout à fait essentiel lors de l'évaluation des performances matérielles. UTS signifie la capacité d'un matériau à résister à la force de traction sans déchiqueter. Il devient applicable dans presque tous les produits et accessoires tels que les fils, cordes, et des cadres métalliques. Cet article concerne la force de traction ultime (UTS).

Définition de la force de traction ultime

UTS est une force utilisée dans les matériaux d'étirement. Il en résulte une augmentation de la taille le long de l'axe de charge. La contrainte de traction est indiquée comme la force qui agit dans un rapport à la zone de la section transversale du matériau.

𝐹: F appliqué à une tige élastique divisée par la zone transversale

𝐴: Une force égale a de la tige qui est dans sa direction perpendiculaire.

Les matériaux ductiles peuvent généralement supporter des charges, d'autre part, Les matériaux fragiles pourraient échouer bien avant leur capacité.

Quand une force de traction est appliquée, Plusieurs propriétés de traction peuvent être évaluées:

• Module élastique: Le rapport du changement de contrainte par rapport au changement de déformation correspondant. Il est également connu comme le module d'élasticité. EM est une mesure de la contrainte à la déformation pendant la déformation élastique généralement, mesuré à partir du graphique de contrainte-déformation.
• Stress de traction ultime (UTS): Le niveau de contrainte maximum auquel tout matériau spécifié peut être testé au point requis. Normalement mesuré lorsqu'un test de tension est effectué. Ainsi, Le maximum un matériau peut être étiré est au point des UT connu; Une fissure peut alors se former.
• Module de résilience: Le rapport a été exprimé en stress de traction sur deux fois le module de Young du matériau.
• Stress de fracture: Stress de fracture, indiqué comme «σₓ», est la contrainte maximale au point de fissure juste avant la défaillance. En règle générale, Il est calculé comme la contrainte = aire de contrainte appliquée / section transversale du matériau. En général, FS est mesuré en livre psi ou tonnes par pouce carré.

UTS détermine la contrainte maximale obtenue dans un test de traction pendant la rupture. Il définit comment ou de quelle manière un matériel particulier répond à diverses applications. De plus, UTS est une propriété fondamentale pour déterminer le comportement des matériaux effectué sous charge.

UTS sur un diagramme de contrainte-déformation

Une courbe de contrainte-déformation peut être divisée en quatre régions principales:

Limite proportionnelle

La limite proportionnelle est une région où le matériau se comporte comme un ressort. La déformation survenue ici est récupérable. La zone ombragée dans la figure ci-dessus est connue sous le nom de région de Hooke selon la loi de Hooke qui définit la corrélation entre le stress et la souche.

Limite de rendement

Lorsque le matériau atteint la limite proportionnelle, Ensuite, il se trouve dans la zone de limite de rendement. Ici, La déformation permanente a lieu. Dans les deux cas, la force de traction est déchargée ou inversée; Le matériau ne reviendra pas à sa taille d'origine.

Région de durcissement de la tension

Une contrainte de traction plus élevée conduit en outre le matériau à la région durable de la tension du courbe contrainte-déformation. La section particulière est notable car elle modifie la nature des cristaux du matériau. La contrainte prévue suffit pour modifier la microstructure du matériau. Aussi, Cela rend le matériau plus résilient.

Région de réduction

À l'échelle microscopique, Le matériau est le plus fort avant d'arriver à la phase de rétrécissement. Cependant, Une fois que le rétrécissement commence, ça commence à s'affaiblir. Le rétrécissement est marqué par une diminution locale de la section transversale. Plus tard sur le casse, Le matériel se rapproche de la rupture. À ce stade, Il offre moins de stress avec plus de tension. Le stress est défini comme une force par unité de zone et donc, En raison des limites de la zone de section osseuse, le stress est élevé. Le matériau se dégrade jusqu'à ce que la fissure se propage à travers la section transversale de l'élément considéré, Et l'élément est rendu inutile.

Région UTS sur la courbe

L'apparition de la région de rétrécissement de la région durcissant la tension définit les UT pour le matériau. Mais cela ne s'applique que lorsque le matériau a atteint son durcissement maximal. Aussi, peut prendre en charge la charge la plus élevée.

Comment déterminer la résistance à la traction ultime?

UTS est déterminé à partir des tests effectués dans les laboratoires de tests de matériaux, équipé d'un équipement de test sophistiqué. Généralement, Le stress est appliqué à un spécimen de diverses manières et à différents niveaux.

Méthode d'essai

Avant de mesurer TS, L'ingénieur place en toute sécurité le matériau dans une machine à test de traction. En général, Ces machines contiennent l'échantillon à deux points de contact ou plus. Il place ensuite une force constante sur l'échantillon pour le tirer à un rythme plus lent que celui de la force d'impact utilisée avant.

Les ingénieurs supervisant le test observent et documentent également plusieurs aspects du comportement des matériaux sur une courbe de contrainte-déformation jusqu'à ce que l'échantillon échoue ou se déforme plastiquement. Ces tests servent plusieurs fins, y compris:

• Série de choix des matériaux corrects à utiliser pour développer le produit.
• Prévision du comportement matériel dans les utilisations pratiques.
• Surveillance du niveau d'adhésion aux exigences identifiées et convenues et caractéristiques de qualité.

Tester de nouveaux produits

Tout en effectuant ces tests, Les ingénieurs recherchent des informations spécifiques sur les propriétés du matériau, y compris:

• Charge maximale: La charge maximale que le matériau peut prendre en charge en proportion ou sans craquer.
• Ductilité: La mesure dans laquelle l'échantillon peut être déformé avant l'échec en petits fragments individuels.
• Plier: La capacité d'un matériau à se plier sans fracturer d'un côté, L'autre côté, ou les deux.
• Élongation %: La caractéristique par laquelle, Le matériau fournissant une élasticité élevée devient flexible lorsqu'il est pressé.

Les données recueillies lors des tests aident les fabricants à décider du matériel qu'ils doivent utiliser dans leurs processus. La résistance à la traction est mesurée de trois manières clés:

• Limite d'élasticité: Mesure de la quantité maximale de stress qu'un matériau peut prendre avant de se déformer de façon irréversible. L'augmentation du point de vue indique la contrainte à laquelle il ne peut pas reprendre sa forme et sa forme d'origine.
• Force ultime: Défini comme le poids maximum par volume unitaire, Un matériau pourrait supporter dans un état de tension. Comme indiqué précédemment, L'UTS peut être défini comme la charge qu'un objet peut gérer à tout moment donné lorsqu'il est divisé par la zone de la configuration correspondante d'un objet.
• Force de rupture: Bs, est la dernière étape dans laquelle le matériau peut supporter le stress sans clivage.

Pourquoi la compréhension de la force de traction est importante?

Une compréhension de la résistance à la traction d'un matériau est cruciale pour la sécurité des applications. La défaillance peut se produire lors de la sélection de matériaux à faible résistance à la traction. Au stade de conception, Les ingénieurs accordent une grande attention à la limite d'élasticité. La limite d'élasticité est définie comme la limite de contrainte à laquelle se déroule la satisfaction et la déformation permanente des pièces. Quant à la force de traction ultime, C'est la résistance d'un matériau jusqu'à laquelle le matériau peut continuer à échouer. Par exemple, où la charge de neige est lourde, le toit est tenu de se plier. Aller au-delà de la résistance à la traction vient avec la probabilité de faire baisser les structures.

Force de traction vs. Limite d'élasticité

La résistance à la traction et la limite d'élasticité sont deux paramètres dans les lunettes d'ingénierie. La limite d'élasticité est généralement utilisée dans la conception des produits par les ingénieurs. Ainsi, Pour réduire le risque, La charge doit être inférieure à cette limite. La charge maximale qui est toujours placée sur un matériau ne doit jamais dépasser sa limite d'élasticité.

Il faut identifier la quantité de section transversale nécessaire. Il a été constaté que les propriétés du matériau et la géométrie des membres déterminent la charge maximale qui peut être appliquée. Pour optimiser la solution, Un facteur de sécurité est inclus pour amplifier la sécurité structurelle. Ce facteur varie normalement entre 1.5 et 2. La deuxième valeur est obtenue en multipliant la charge maximale par ce facteur. Cela explique des charges inattendues et des défauts de matériaux potentiels.

La conception pour une résistance à la traction ultime signifie une déformation possible. Le matériau pourrait perdre des caractéristiques qui définissent son aptitude à utiliser. Certains outils sont endurcis comme les couteaux et les clés. Ce processus améliore leur force jusqu'à des valeurs de résistance à la traction presque ultimes avant l'échec.

Résistance et densités de traction ultimes de divers matériaux

La table inférieure montre plusieurs matériaux et leurs forces de traction ultimes ainsi que leurs densités Les informations suivantes sont impératives pour établir quels matériaux doivent être utilisés en ingénierie.

Conclusion

UTS est assez fondamental en ingénierie. Il aide à choisir des matériaux pour plusieurs utilisations. La connaissance des UTS aide à la sécurité et aux garanties de performance. Les métaux ont généralement des valeurs élevées de résistance à la traction. Néanmoins, Des composants non métalliques tels que les fibres de carbone les dépassent considérablement. Cela montre que le choix du matériel est crucial. Que ce soit la construction ou l'utilisation d'un autre article, Il est très essentiel de connaître les UT. Enfin, Le fait d'avoir une connaissance adéquate des UT rend l'article fiable et durable lorsqu'il est utilisé. Contactez-nous pour plus d'informations.