Qu'est-ce qu'un tensomètre?
Un tensiomètre est un appareil utilisé pour déterminer la réponse d'un matériau à diverses déformations, appelée charge. La quantité d'étirement qu'un matériau a lorsqu'il est sous contrainte fournit des informations importantes sur la résistance à la traction et la résistance à la fatigue du matériau. Les tensiomètres sont couramment utilisés dans l'industrie pour garantir que les pièces répondent aux exigences de résistance et d'endurance nécessaires.
Les tensiomètres sont constitués de deux poignées qui maintiennent une section de matériau d’essai en place. Ces mors servent ensuite à appliquer une force de traction ou de compression, appelée charge, à l’éprouvette. Les instruments à tensiomètre peuvent créer la force en utilisant une vis ou un vérin hydraulique, qui sont alimentés par des moyens mécaniques ou électriques.
Des chambres scellées peuvent être utilisées pour loger un tensiomètre. Cette configuration permet de tester les caractéristiques de déformation d'un matériau sous des températures et des pressions spécifiques. Ceci est essentiel pour tester les métaux utilisés dans les avions et les sous-marins, qui peuvent subir des changements radicaux de la pression atmosphérique. Les chambres sont également utiles pour tester des matériaux qui seront exposés à des températures élevées.
Les résultats précis des tensiomètres dépendent de la qualité de l’éprouvette. Tout défaut créé pendant le processus de coupe peut fausser les résultats des tests et conduire à une défaillance prématurée sous contrainte. Même la moindre incohérence de surface peut rapidement s'agrandir et s'étendre sous contrainte, entraînant des fractures précoces et une fatigue du métal. Il s’agit du même processus qui provoque la fatigue des rivets et des tôles métalliques mal fabriqués et la défaillance des aéronefs lorsqu’ils sont exposés de manière répétée aux contraintes de la pression atmosphérique.
Les résultats obtenus avec les instruments à tensiomètre fournissent la charge en fonction de l’extension. À partir de ces données, ainsi que de l’aire de la section transversale de l’éprouvette, une courbe contrainte-déformation peut être tracée. Cette courbe est unique pour chaque matériau et fournit des mesures clés. Ces mesures incluent la limite d'élasticité du matériau, la limite de proportionnalité, la limite d'élasticité et la résistance ultime.
Les tensiomètres permettent aux ingénieurs de déterminer le module de Young pour le matériau testé. Le module de Young représente la pente linéaire initiale de la courbe de contrainte-déformation d'un matériau, définie comme la résistance à la traction divisée par la contrainte de traction. La résistance à la traction est déterminée en divisant la force appliquée par la surface en coupe transversale de l'éprouvette. La déformation en traction représente la quantité d'étirement produite, divisée par la longueur d'origine de l'éprouvette. Les matériaux exposés à une force comprise dans le module de Young, la partie linéaire initiale de la courbe contrainte-déformation, retrouveront leur état d'origine une fois la charge retirée.
Le point auquel la ligne de contrainte-déformation d'un matériau commence à se courbe représente la limite d'élasticité du matériau. La contrainte causée par des charges supérieures à cette limite entraînera une déformation permanente du matériau, l'empêchant de revenir à son état d'origine une fois la charge retirée. La force maximale, ou contrainte, absorbée par le matériau représente sa résistance ultime. Cela peut être ou ne pas être égal à la résistance à la rupture du matériau.