Qu’est-ce que l’essai de torsion ?
L’essai de torsion est une méthode d’essai mécanique qui permet d’évaluer les propriétés des matériaux ou des dispositifs soumis à une contrainte provoquée par un déplacement angulaire. Lors d’un essai de torsion, l’échantillon est soumis à une force de torsion induisant un couple. Cet essai est utilisé pour mesurer diverses propriétés mécaniques des matériaux, notamment le module de rigidité, la contrainte de cisaillement et la déformation par cisaillement.
Les essais de torsion fournissent des informations précieuses sur la capacité d’un matériau à résister à la déformation lorsqu’il est soumis à des charges de torsion.
Quel est l’objectif d’un essai de torsion ?
La motivation la plus importante pour les essais de torsion provient de l’omniprésence des forces de torsion dans le fonctionnement d’une myriade de produits et de composants. Prenons l’exemple du métal utilisé dans les transmissions des véhicules. En cours de fonctionnement, il résiste à des charges combinées complexes, dont la torsion est la principale composante. Afin de concevoir des véhicules plus économes en carburant, les ingénieurs peuvent envisager de changer le matériau de l’arbre d’hélice pour réduire le poids du véhicule. Les essais de torsion jouent un rôle clé dans ce scénario, permettant aux ingénieurs d’identifier les matériaux qui atteignent un équilibre entre la résistance à la torsion et les objectifs d’allègement.
Le champ d’application des essais de torsion va au-delà des matières premières et inclut également les produits finis. Les tubes biomédicaux, les interrupteurs, les fixations et un large éventail d’autres dispositifs sont soumis à des contraintes de torsion dans leur utilisation quotidienne. En soumettant ces produits à des essais de torsion, les fabricants simulent des conditions de service réelles, examinent la qualité des produits, vérifient les conceptions et s’assurent de l’adéquation des techniques de production.
Comment se déroule un essai de torsion ?
L’essai de torsion est un processus crucial dans les essais de matériaux qui aide les ingénieurs et les scientifiques à comprendre la réponse d’un matériau aux forces de torsion. Pour effectuer un essai de torsion, procédez comme suit :
- Préparation de l’échantillon : commencez par préparer un échantillon cylindrique du matériau à tester. Veillez à ce que le diamètre et la longueur soient uniformes pour obtenir des résultats précis.
- Fixation : fixer l’échantillon dans une machine d’essai équipée de pinces spéciales conçues pour la torsion. Une extrémité de l’échantillon est fixe, tandis que l’autre est libre de tourner.
- Réglage de la mesure : connectez les capteurs pour mesurer le couple (force de torsion) et le déplacement angulaire. Ces capteurs enregistrent des données pendant toute la durée du test.
- Chargement : appliquer progressivement un couple à l’échantillon. La force de torsion induit une déformation angulaire du matériau.
- Collecte de données : surveillance et enregistrement continus des données relatives au couple et au déplacement angulaire. Ces informations permettent de comprendre le comportement du matériau en cas de torsion.
- Analyse : une fois l’essai terminé, analysez les données pour déterminer le module de cisaillement, la résistance à la torsion et d’autres propriétés pertinentes du matériau.
- Rapport : résumer les résultats dans un rapport clair, en indiquant les conditions d’essai, l’équipement utilisé et les performances du matériau.
Types d’essais de torsion
Les essais de torsion se présentent sous différentes formes, en fonction de l’application et des objectifs à atteindre. Ces tests peuvent être classés dans les catégories suivantes :
- Torsion seule : dans ce mode, les échantillons sont soumis à des charges purement torsionnelles.
- Torsion axiale : ce type d’essai combine des forces axiales (tension ou compression) avec des forces de torsion appliquées à l’échantillon.
- Essai de rupture : l’objectif est de soumettre le produit, le composant ou l’échantillon à une torsion jusqu’à la rupture. La défaillance peut se manifester sous la forme d’une rupture physique ou d’une courbure/défaut dans l’échantillon.
- Essais de résistance : les essais de résistance consistent à appliquer une charge de torsion et à la maintenir pendant une durée déterminée.
- Essais fonctionnels : les essais fonctionnels vont au-delà des composants individuels et se concentrent sur les essais d’assemblages ou de produits complets, tels que les bouchons de bouteille, les interrupteurs, les stylos à cadran ou les colonnes de direction. L’objectif est de vérifier que le produit fonctionne comme prévu sous des charges de torsion.
Applications populaires des essais de torsion
Les tests de torsion trouvent de nombreuses applications dans différents secteurs. Parmi les principales applications, on peut citer
- Biomédical : évaluation des propriétés de torsion des dispositifs médicaux, tels que les vis et les forets.
- Automobile : évaluer le comportement en torsion des composants automobiles pour garantir la sécurité et les performances.
- Aérospatiale : tester la fiabilité des matériaux utilisés dans les applications aérospatiales sous des charges de torsion.
Les essais de torsion les plus courants
Le domaine des essais de torsion est régi par un ensemble de normes rigoureuses qui garantissent la cohérence et la fiabilité des procédures d’essai. Parmi les normes les plus importantes, on peut citer
- ASTM F543 : cette norme couvre les essais de torsion et les essais axiaux des vis à os.
- ASTM A938 : cette norme, qui se concentre sur les tests de torsion des fils, fournit des lignes directrices complètes.
- ISO 7800 : La norme ISO 7800 définit des procédures pour les essais de torsion des fils.
- ISO 594/ISO 80369 : ces normes traitent de l’essai des raccords Luer coniques et garantissent leur conformité aux spécifications établies.
- ISO 7206 : L’ISO 7206 couvre les essais de résistance et de fatigue des articulations artificielles de la hanche, un aspect essentiel des essais de dispositifs médicaux.
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