TCH006 Matériaux Devoir n°1

Essai de traction sur des éprouvettes métalliques normalisées

Date de remise : Groupe 1 et 2 : lundi 10 octobre 2011 Groupe 3 : mardi 4 octobre 2011

Conçu par : .......... Idriss Ammara Révisé par : .......... Idriss Ammara Date : ............................... 15 septembre 2006 Révisé le : ........................ 15 septembre 2011

TABLE DES MATIÈRES

1. OBJECTIFS 3

2. COMPÉTENCES PARTICULIÈRES 3

3. MATÉRIEL NÉCESSAIRE 3

4. TRAITEMENT DE DONNÉES 3

5. ÉVALUATION 9

6. ÉCHÉANCIER 9

7. GRILLE D’ÉVALUATION 9

1. Objectifs

1. Trois essais de tractions ont été réalisé au laboratoire de structures lourdes du Département de génie de la construction de l’ÉTS sur 3 métaux : acier 1018, aluminium 6061T6 et laiton 360. Votre travail consiste à récupérer et faire le traitement et l’analyse de ces essais à l’aide d’un tableur (Excel) afin de déterminer les valeurs des caractéristiques mécaniques principales des 3 métaux.

2. Compétences particulières

1. Transformer des données force / allongement en contrainte /déformation. 2. Connaissance de la courbe contrainte déformation d’un matériau en traction. 3. Identifier les zones de déformation plastique et élastique. 4. Déterminer : le module d'élasticité, E, la limite élastique à 0,2 % Re0,2 , la contrainte maximale

en traction, Rm, pourcentage d'allongement A.

3. Matériel nécessaire

1. Ordinateur avec M.S. Excel

4. Mesures avant les essais Vous n’avez pas accès aux éprouvettes avant les essais. Par conséquent, les valeurs nominales des dessins de fabrication seront utilisées pour vos calculs tel que spécifié par la norme ASTM A370-03a.

Mesures du diamètre initial de l'échantillon (d0) : 0.5 pouce. Longueur initiale de l'extensomètre (L0): 50 mm

5. Traitements de données

Les données expérimentales des essais de traction sont disponibles sur le site web du cours tch006. La présente section décrit le traitement des données recueillies lors d'un essai de traction sur une éprouvette en acier 1018 réalisé au Laboratoire de structures lourdes du Département de génie de la construction. Elle sert de guide aux étudiants dans le traitement des données de leurs essais de traction. La procédure décrite devra être répétée pour chacun des trois essais de traction.

La section décrit l’ouverture d’un fichier Excel contenant les mesures de la charge et de l'allongement, la création d’un graphique de la courbe contrainte - déformation et la détermination des valeurs du module d'élasticité et de la limite élastique à 2 % de déformation permanente.

Ouverture du fichier Excel Dans Excel, lancer la commande Fichier /Ouvrir. Dans la fenêtre Ouvrir, inscrire le nom du fichier (et son chemin) et appuyer sur le bouton ouvrir. Vous devriez obtenir un chiffrier semblable :

Vérifier dans Outils / Options / onglet International, que le Séparateur de décimale soit réglé au point (.) :

Courbe contrainte déformation

Les données qui nous intéressent sont l'allongement mesuré par l'extensomètre en mm, colonne C, et la force appliquée mesurée par la cellule de charge en kN, colonne D. La plage de données pour l’essai est de C9 à C358 et de D9 à D358. Il faut transformer ces données en contraintes déformations. On applique la formule suivante à la force:

200

4

d

F

A

F

Avec F, la force appliquée à un instant donné du test et la contrainte correspondante, A0 et d0,

respectivement la section et le diamètre initial de l’éprouvette obtenue par la moyenne de trois mesures sur l’éprouvette. De même l’allongement est modifié par :

0L

L

Avec L, l’allongement mesuré par l’extensomètre à un instant donné du test et L0, la longueur initiale mesurée entre les deux bras de l’extensomètre. Pour créer de nouvelles colonne dans Excel correspondant aux nouvelles variables et obtenues par les équations précédentes, les opérations suivantes doivent être effectuées

Écrire l’équation de la contrainte pour la mesure numéro 1 (Attention aux unités pour obtenir une contrainte en MPa) :

À l’aide ce copier coller, coller cette formule à toute la colonne correspondante :

Répéter des opérations similaires pour obtenir une colonne de déformation. La création de la courbe est obtenue en sélectionnant les nouvelles colonnes créées et en appuyant sur

le bouton Assistant graphique

Il faut alors effectuer les opérations suivantes :

Puis

Puis

Puis

On obtient :

Après quelques opérations cosmétique et en éliminant les données après le bris de l’éprouvette vous devriez obtenir :

Module d’élasticité

Créez un graphique ne contenant que la partie élastique de la courbe, constituée par exemple des 158 premiers points. Nommez l'onglet du graphique s-e partie élastique. Cliquez sur la courbe, puis sur le bouton droit de la souris et sélectionnez Ajouter une courbe de tendance

Choisissez le type de régression linéaire et activez l’affichage de l’équation sur le graphique :

Dans le graphique ainsi obtenu, la pente de l'équation de régression linéaire est égale au module d'élasticité du matériau. On a donc E = 201 126 MPa soit 201 GPa.

Limite d’élasticité :

Créez un nouveau graphique contenant suffisamment de points pour dépasser la limite élastique, admettons les 150 premiers points, et deux autres points de construction permettant de tracer une ligne parallèle à la partie élastique et décalée de 0,002 mm/mm. Les deux points de construction sont (0.002,0) et (0.00548, 700). L'abscisse du deuxième point est calculée de la façon suivante:

mmmmmmmmMPa

MPa/00548./002.

201126

700

Séparez les deux points de construction des autres points par une cellule vide et définissez une seule courbe pour tous les points de façon à créer le graphique suivant:

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1100, rue Notre-Dame Ouest, Montréal (Québec) H3C 1K3

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Glissez lentement la souris le long de la courbe - les coordonnées des points apparaîtront à l'écran. Immobilisez le curseur à l'intersection de la courbe et de la ligne droite décalée de 0,002 mm/mm. L'ordonnée affichée est la limite élastique à 0,2 % de déformation permanente. On a donc Re = 605,2 MPa. Par la même méthode graphique il vous faudra identifier la contrainte maximale en traction, Rm et le pourcentage d'allongement A. Comparer cet allongement à celui obtenue par mesure sur l’éprouvette fracturée.

6. Évaluation Ce devoir est évalué en équipe de trois étudiants.

7. Échéancier Vous avez un bloc de 2 périodes pour effectuer et remettre ce devoir (voir date de remise sur la page couverture).

8. Grille d’évaluation Vous serez évalué sur la base d’un rapport contenant :

Page titre

Introduction (1/2 page)

Résumé de la théorie. (1.5 pages avec graphique)

Résultats et discussions : o 1.5 pages d’analyse et comparaison à matweb comprenant un tableau résumé

des données o 3 pages pour les graphiques : 2 graphiques par page par essai (i) courbe de

traction complète, (ii) détail de la zone élastique avec droite permettant la détermination de Re0.2%.

La discussion doit porter sur les différences entre vos résultats et ceux obtenus dans une base de données (Matweb) en détaillant les sources pouvant expliquer ces variabilités.

Conclusions et recommandations (1/2 page) Le tout doit tenir dans 5 feuilles recto-verso

Laboratoire no 21 Essai de traction sur des éprouvettes métalliques normalisées

©Idriss Ammara, B ing, Ph.D.. Page 2 de 2 E.T.S. tch006devoirn1

Conseils :

Soyez bref (pas de blabla!!!), si vous n’avez rien à dire, ne dites rien. Ne soyez pas scolaire, par exemple: Je remercie le professeur de nous avoir permis

de réaliser ce merveilleux devoir … Utilisez des tableaux et des graphiques pour illustrer vos propos et résumer vos

principaux résultats.