Qu'est-ce que la force de rendement?

Anonim

Que ce soit un matériau souple ou têtu peut être discerné par quelque chose qui s'appelle sa limite d'élasticité. Le point auquel un matériau cesse d'être élastique et devient durablement plastique, le point auquel il cède, est appelé son seuil d'élasticité.

Pour un ingénieur, étudier en profondeur les propriétés d'un matériau est une nécessité absolue avant de se lancer dans un nouveau projet. Imaginez les conséquences horribles si les ingénieurs qui construisaient le pont de Brooklyn avaient fait preuve d'une ignorance sans vergogne et utilisaient du plastique ou des briques au lieu d'acier. D'un autre côté, si la plupart des jouets d'aujourd'hui étaient construits en acier et non en plastique, ils auraient été impossibles à mouler dans la forme la plus excentrique que nous adorons.

Que ce soit un matériau souple ou têtu peut être discerné par quelque chose qui s'appelle sa limite d'élasticité.

Le graphique contrainte-contrainte

La courbe contrainte-déformation.

Au départ, un matériau, même l'acier, se comporte comme un élastique lorsqu'il est étiré. Lorsque la limite élastique est atteinte, la contrainte causée par la contrainte est réversible; oui, le matériau s’allonge, mais une fois l’effort relâché, il conserve sa longueur initiale. Cette élasticité n'est toutefois pas permanente. Un stress excessif déformera un matériau de manière permanente.

En fait, appliquer une plus grande contrainte provoque la formation de ce qu'on appelle un «cou» le long de la déformation. Le cou est analogue aux cordes de fromage qui tiennent à peine la tranche et le reste de la pizza ensemble. Un stress encore plus grand risque également de casser le cou: le matériau finit par succomber au stress et subit une rupture ou une fracture tragique.

Rétrécissement et fracture.

Force de rendement

Des contraintes si sévères peuvent provoquer des déformations permanentes.

Un matériau ductile tel que le fer ne se déforme pas de façon permanente à cause de la «cassure» de ses atomes, mais parce que la contrainte exercée est suffisamment persuasive pour vaincre l'énergie de son réseau et perturber la structure rigide du matériau. il suffit de déplacer littéralement les atomes de ses cristaux. Ce phénomène s'appelle la luxation cristalline.

Les plastiques se déforment plus facilement parce qu'ils succombent plus facilement aux dislocations que les matériaux ductiles. Il existe également des matériaux fragiles, qui n'ont absolument aucune notion de limite d'élasticité. Comme leur nom l'indique, ces matériaux, lorsqu'ils sont soumis à une contrainte supérieure à la limite d'élasticité, ne subissent aucune transition entre l'élasticité et la plasticité, mais se cassent directement à la place.

Courbes contrainte-déformation de différents types de matériaux.

Enfin, comme la limite d'élasticité d'un matériau détermine essentiellement sa tolérance à la traction, les ingénieurs ont compris qu'il fallait trouver des moyens intelligents pour l'augmenter. Une façon de faire est d'ajouter des impuretés dans le matériau. La densité accrue rend le matériau plus tolérant aux déformations, car les impuretés peuvent combler les vides laissés par les dislocations cristallines. Des alliages tels que l’acier, qui résultent de l’alimentation en fer de différentes espèces d’impuretés, en sont le meilleur exemple.

Une autre façon d’obtenir une contrainte d’élasticité supérieure consiste à manipuler le matériau à des températures plus basses. Les températures plus élevées ajoutent au stress, car l’énergie thermique fait que les atomes bougent et se déplacent vigoureusement. Avec la moitié du travail déjà effectué, une contrainte externe nécessite donc encore moins d'énergie que la limite d'élasticité d'origine du matériau aurait été nécessaire pour provoquer des dislocations et une déformation permanente. Pourquoi pensez-vous que nous devons frapper pendant que le fer est chaud?