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Mécanique

LA3T2 - Mécanique et matériaux

Crédits ECTS 3
Volume horaire total 30

Responsables

Responsable(s)
SYLVIE POMMIER

Objectifs


Cette unité d'enseignement a pour objectif de donner les éléments de base permettant d'effectuer un choix de matériau pour une application mécanique donnée. Les matériaux seront classés en grandes familles et les principaux types de comportement et de rupture des matériaux seront présentés par famille. A l'issue, vous saurez lire et utiliser les données d'une feuille de propriétés d'un matériau et utiliser des indices de performances pour effectuer un choix de matériau.

Contenu

- Cours 1 : Comportement thermo-élastique (ñ , E, í , á ). Les grandes familles de matériaux. Essais et observations, origine physique, modélisation unidimensionnelle, indices de performance. Exemples de relation microstructure/propriétés : Cas des polymères : élastomères, thermoplastique et résines, comment le module de Young et le coefficient de dilatation thermique évoluent selon le degré de réticulation et la température.
TD 1 : Choix de matériau pour la réalisation d'une aile d'avion.

Cours 2 : Le comportement élasto-plastique (Rp0.2%, Rm, A%p, Hv). Essais (traction, dureté) et observations, modélisation unidimensionnelle du comportement. Cas des métaux. Exemples de relation microstructure/propriétés : comment la limite d'élasticité et/ou la dureté évolue pour un matériau biphasé selon la fraction volumique de phase « dure ».
TD 2 : Le modèle unidimensionnel d'Asaro pour la contrainte d'écoulement et l'écrouissage cinématique d'un matériau bi-phasé.

Cours 3 : Le comportement élasto-plastique (Rp0.2%, Rm, A%p, Hv). Cas des métaux. Origine physique de la plasticité (n.b. pas de dislocations, seulement les systèmes de glissement). Critères de plasticité, du mono-cristal, de Tresca, de Von Mises.
TD 3 : Exploitation d'un essai de traction simple, détermination du module deYoung, de la limite d'élasticité, de la contrainte maximum et de l'allongement à rupture. Application : détermination du seuil de plastification d'une pièce soumise à un chargement non-uniaxial.

Cours 4 : La rupture par fatigue (limite d¿endurance ó f, loi de Paris C,m). Essais, observations et mécanismes de rupture pour :
a) Des éprouvettes sans défauts pré-éxistants (limite d'endurance ó f)
b) Des éprouvettes avec défauts pré-existants (loi de Paris, C,m)
Notion de facteur d'intensité des contrainte et comment appliquer ces concepts pour le dimensionnement à la fatigue d'une pièce.

Cours 5 : La rupture brutale et la transition ductile/fragile (KIC, KCV, ó o, m). Essais, observations et mécanismes de rupture pour :
a) Des éprouvettes sans défauts pré-éxistants (paramètres de Weibull ó o, m)
b) Des éprouvettes avec défauts pré-existants (loi de Paris, KIC, KCV)
Comment appliquer ces concepts pour le dimensionnement à la rupture d'une pièce.
TD 4 : Choix de matériaux et manipulation d¿indices de performances pour la réalisation d'un réservoir cylindrique sous pression (bouteille de plongée).

Cours 6 : La rupture brutale et la transition ductile/fragile (KIC, KCV, ó o, m) suite. Essais, observations et mécanismes de rupture pour :
a) Des éprouvettes sans défauts pré-éxistants (paramètres de Weibull ó o, m)
b) Des éprouvettes avec défauts pré-existants (loi de Paris, KIC, KCV)
Comment appliquer ces concepts pour le dimensionnement à la rupture d'une pièce?
TD 5 : Rupture du verre. Analyse de résultats de rupture d'éprouvette, détermination des paramètres de Weibull. Application pour le dimensionnement d'un réservoir sphérique sous pression interne ou externe,
(casque de scaphandre) .

2 TP parmi 4 en parallèle : Pour tous les TP, étude du protocole expérimental, actionneurs, asservissement, capteurs, résolution.
a) Essais de traction sur acier. Eprouvettes lisses et entaillées. Exploitation des données et identification des propriétés matériau Rp0.2%, Rm, E, A%p. Rôle de la triaxialité des contraintes, sur l'effort maximal à rupture (lisse/entaillée) sur l'allongement à rupture (lisse/entaillée).
b) Essai de traction et de compression sur le béton. (essai Brésilien, essai de compression d'un cylindre). Modes de rupture en traction, en compression. Exploitation des données et identification des propriétés matériau, E, contrainte maximale en traction, en compression, mise en évidence de la croissance de l'endommagement en traction.
c) Essai de traction sur élastomère. Exploitation des données en présence de grandes déformations, utilisation de la corrélation d'image et mesures de déformation. Identification des propriétés matériau, module et évolution du module, contrainte au pic, contrainte plateau.
d) Essai de fatigue, propagation d¿une fissure dans une éprouvette d'acier travaillant en flexion rotative. Mesure de la longueur de fissure en surface, calcul du facteur d'intensité des contraintes, tracé de la loi de Paris et identification des paramètres C et m.


Prérequis

Cours de mécanique des milieux continus, notions de contrainte et de déformation. Résolution de problèmes d'élasticité linéaire.

Bibliographie

- Polycopié du cours : Sciences des Matériaux, S. Pommier
- M. Ashby et D. Jones (1990), Matériaux, Tomes 1 (Propriétés et Applications), Dunod
- D. François, A. Pineau, A. Zaoui, (1993), Comportement mécanique des matériaux, tomes 1 et 2,
Hermes, Paris

Renseignements pratiques

Département génie mécanique (DGM)
61, avenue du Président Wilson
94235 Cachan cedex

Téléphone : + 33 1 47 40 53 30
Télécopie : + 33 1 47 40 22 11
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