Qu’est-ce que l’essai de pliage ?

L’essai de flexion, parfois appelé essai de pliage ou essai de poutre transversale, mesure le comportement des matériaux soumis à une charge de poutre simple. Il est généralement effectué sur des matériaux relativement flexibles tels que les polymères, le bois et les composites. Au niveau le plus basique, un essai de pliage est effectué sur une machine d’essai universelle en plaçant un échantillon sur deux enclumes de support et en le pliant par une force appliquée sur une ou deux enclumes de chargement afin de mesurer ses propriétés.

Essai de flexion Instron

 

Les essais de pliage ou de flexion appliquent une force avec soit une seule enclume supérieure au point central, ce qui constitue un essai de pliage en 3 points, soit deux enclumes supérieures équidistantes du centre, ce qui constitue un essai de pliage en 4 points. Dans un essai en 3 points, la zone de contrainte uniforme est assez petite et concentrée sous le point de charge central. Dans un essai à 4 points, la zone de contrainte uniforme se situe entre les points de charge de la travée intérieure (généralement la moitié de la longueur de la travée extérieure). Selon le type de matériau à tester, il existe de nombreux dispositifs de flexion différents qui peuvent être appropriés.

dispositifs d’essai de flexion

Pourquoi effectuer un essai de pliage ? 

Les ingénieurs souhaitent souvent comprendre les différents aspects du comportement des matériaux, mais un simple essai de traction ou de compression uniaxiale peut ne pas fournir toutes les informations nécessaires. Lorsque l’échantillon se plie ou fléchit, il est soumis à une combinaison complexe de forces comprenant la traction, la compression et le cisaillement. Pour cette raison, les essais de flexion sont couramment utilisés pour évaluer la réaction des matériaux à des situations de chargement réalistes. Les données des essais de flexion peuvent être particulièrement utiles lorsqu’un matériau doit être utilisé comme structure de support. Par exemple, une chaise en plastique doit offrir un soutien dans de nombreuses directions. Alors que les pieds sont en compression lors de l’utilisation, le siège devra résister aux forces de flexion appliquées par la personne assise. Non seulement les fabricants veulent fournir un produit capable de supporter les charges prévues, mais le matériau doit également reprendre sa forme initiale en cas de flexion.

Exécution d’un essai et calcul des résultats

Les essais de pliage sont généralement effectués sur une machine d’essai universelle utilisant un dispositif de pliage à 3 ou 4 points. Les variables telles que la vitesse d’essai et les dimensions de l’échantillon sont déterminées par la norme ASTM ou ISO correspondante. Les échantillons sont généralement rigides et peuvent être fabriqués dans divers matériaux tels que le plastique, le métal, le bois et la céramique. Les formes les plus courantes sont les barres rectangulaires et les échantillons de forme cylindrique.

Un essai de pliage produit une contrainte de traction sur le côté convexe de l’échantillon et une contrainte de compression sur le côté concave. Cela crée une zone de contrainte de cisaillement le long de la ligne médiane Pour s’assurer que la rupture primaire provient d’une contrainte de traction ou de compression, la contrainte de cisaillement doit être minimisée en contrôlant le rapport portée/profondeur : la longueur de la portée extérieure divisée par la hauteur (profondeur) de l’échantillon. Pour la plupart des matériaux, S/d=16 est acceptable. Certains matériaux nécessitent S/d=32 à 64 pour que la contrainte de cisaillement soit suffisamment faible.  

La contrainte maximale de la fibre et la déformation maximale sont calculées pour des augmentations de charge. Les résultats sont tracés sur un  diagramme contrainte-déformation. La résistance à la flexion est définie comme la contrainte maximale dans la fibre la plus externe. Elle est calculée à la surface de l’échantillon sur le côté convexe ou de tension. Le module de flexion est calculé sur la pente de la courbe de contrainte par rapport à la déflexion. Si la courbe n’a pas de région linéaire, une ligne sécante est positionnée sur la courbe pour déterminer la pente. 

essai de flexion

Les valeurs calculées, telles que la force maximale et l’extension maximale, peuvent être enregistrées comme lors d’un essai normal de tension ou de compression, sur la base des relevés des cellules de charges et de l’extension. Les valeurs de contrainte et de déformation sont calculées différemment, car elles intègrent la portée du support du dispositif de flexion et la portée de chargement (pour les essais de flexion à 4 points). Ces mesures ont la même importance que l’enregistrement correct des dimensions de l’échantillon. Une fois ces valeurs saisies dans Bluehill Universal, des calculs tels que le module de flexion sont automatiquement calculés sur demande.

Entrée du dispositif d’essai de flexion dans Bluehill Universal

Matériaux typiques 

Polymères 

Les polymères sont le plus souvent testés avec un essai de flexion à 3 points La déflexion de l’échantillon est généralement mesurée par rapport à la position de la traverse et les résultats de l’essai comprennent la résistance à la flexion et le module de flexion.

Bois et composites 

Le bois et les composites sont le plus souvent testés avec l’essai de pliage en 4 points. L’essai à 4 points nécessite un déflectomètre pour mesurer avec précision la déviation de l’échantillon au centre de la portée du support. Les résultats des essais comprennent la résistance à la flexion et le module de flexion. 

Matériaux fragiles 

Lorsqu’un essai de flexion à 3 points est effectué sur un matériau fragile comme la céramique ou le béton, la résistance à la flexion est souvent appelée module de rupture (MOR). Cet essai fournit uniquement des données sur la résistance à la flexion et non sur la rigidité (module). L’essai à 4 points peut également être utilisé sur des matériaux fragiles, bien que l’alignement des enclumes de support et de chargement soit critique dans ces cas, et que le montage d’essai pour ces matériaux ait généralement des enclumes à alignement automatique.

Normes communes ASTM et ISO pour les essais de flexion

  • ASTM D790 - Méthodes d’essai standard pour les propriétés de flexion des plastiques non renforcés et renforcés et des matériaux d’isolation électrique
  • ISO 178 - Détermination-plastique des propriétés de flexion
  • ASTM A370- Essai de traction et essai de pliage de barres renforcées en acier