Qu’est-ce que l’essai de flexion ?
Introduction
L’essai de flexion mesure le comportement des matériaux soumis à une charge de poutre simple. Il est généralement utilisé sur des matériaux relativement flexibles tels que les polymères, le bois et les composites. Au niveau le plus basique, un essai de cintrage est effectué sur une machine d’essais universelle en plaçant une éprouvette sur deux enclumes de support et en le pliant par l’application d’une force sur une ou deux enclumes de chargement afin de mesurer ses propriétés.
Pourquoi réaliser un essai de flexion ?
Les ingénieurs souhaitent souvent comprendre différents aspects du comportement d’un matériau, pour autant un simple essai de tension ou compression uniaxial peut ne pas fournir toutes les informations nécessaires. Lorsque l’éprouvette se plie ou fléchit, il est soumis à une combinaison complexe de forces, notamment traction, compression et cisaillement. Pour cette raison, les essais de flexion sont couramment utilisés pour évaluer la réaction des matériaux à des situations de charge réalistes.
Les données d’essai 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 cintrage.
Types d’essais de flexion
Un test de flexion en 3 points équilibre une éprouvette entre deux enclumes inférieures tout en appliquant la force d’une seule enclume supérieure centrée sur le milieu de l'éprouvette. La zone de contrainte uniforme est assez petite et concentrée sous le point de charge central. Différentes normes d’essai peuvent exiger que les enclumes soient fixées, tournées ou basculantes.

Un essai de flexion à 4 points diffère de l’essai à 3 points en ce qu’il implique deux enclumes supérieures positionnées à équidistance du centre de l’éprouvette. Dans cet essai, 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). Encore une fois, en fonction des exigences de la norme d’essais, les enclumes peuvent devoir être fixées, tournées ou basculantes. En général, les essais à 4 points sont utilisés pour mesurer le module d’élasticité en flexion pour les matériaux fragiles.
MACHINE D’ESSAIS DE FLEXION
Composants et pièces
Les essais de flexion sont réalisés sur des machines d’essais universelles. Ces systèmes se composent d’un bâtis d’essai équipé d’une cellule de charge, d’un logiciel d’essais, des mâchoires et d’accessoires spécifiques à l’application, tels que des extensomètres. Le type de matériau à tester déterminera le type d’accessoires nécessaires, et une seule machine peut être adaptée pour tester tout type matériau dans sa zone de force, simplement en changeant le montage.

Réglage pour essais de flexion | |
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Mâchoires de tension Les bâtis de charge des machines d’essais universelles sont disponibles en configurations à colonne simple ou double et sont disponibles en capacités de force allant jusqu’à 2 000 kN. |
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Logiciel Le logiciel d’essais permet aux utilisateurs de configurer les méthodes d’essais et les résultats attendus. |
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Cellule de charge La cellule de charge est un transducteur qui mesure la force appliquée à l’échantillon. Les cellules de charge d’Instron sont précises jusqu’à 1/1 000 de la capacité de charge. |
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Dispositif d’essais Les essais de flexion requièrent que les enclumes supérieure et inférieure appliquent une force au niveau des points clés de l’éprouvette. Le nombre d’enclumes est déterminé par le type d’essai effectué. |
Les machines d’essais universelles sont disponibles en plusieurs tailles et capacités de force différentes allant de 0,02 N à 2 000 kN. La plupart des essais en tension à force faible sont effectués sur une machine électromécanique de table à une colonne ou à deux colonnes, tandis que les applications de force supérieure nécessitent des modèles avec un châssis au sol. Les systèmes de la série 6800 d’Instron sont disponibles dans des plages de capacité allant jusqu’à 300 kN et permettent de réaliser un grand nombre 'dessais d'essais différents, notamment tension, compression, cintrage, décollement, déchirure, cisaillement, friction, torsion, perforation, etc. Les systèmes servohydrauliques d’Instron sont conçus pour des essais de capacité encore plus élevée sur les métaux, alliages et composites avancés à haute résistance, et la série ElectroPuls est conçue pour les essais de fatigue dynamique.

Systèmes d’essais universels
jusqu’à 300 kN
Systèmes d’essais avec modèles sur table et au sol à colonne unique et double disposant d’une capacité de force allant de 0,02 N (2 gf) à 300 kN.
Plus d’informations
Systèmes d’essais universels industriels
Systèmes jusqu’à 2 000 kN
La série industrielle d’Instron comprend des châssis avec des espaces d’essai simples ou doubles et une capacité de force allant de 300 kN à 2 000 kN.
Plus d’informations
Systèmes d’essais dynamiques et de fatigue tout électriques ElectroPuls
Machines d’essais dynamiques entraînées par moteur électrique linéaire pour les essais mécaniques de fatigue et de fracture disponibles en capacités de force allant jusqu’à 20 kN.
Plus d’informationsPour tester les plastiques, les métaux, les alliages, les composites, la microélectronique et les composants
Réf. catalogue 2810-400
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Réf. catalogue 2810-182
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Réf. catalogue 2810-206
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Réf. catalogue W-6810
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Réf. catalogue W-6812
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Réf. catalogue 2810-410, 2810-411
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Réf. catalogue 2810-412, 2810-413
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Réf. catalogue 2810-500/505
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Réf. catalogue 2810-600/605
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ANALYSE DES DONNÉES D'ESSAIS DE FLEXION
Comprendre les propriétés mécaniques des matériaux
Les essais de flexion sont généralement effectués selon les normes ISO, ASTM ou d’autres normes reconnues, qui prescriront des variables telles que la vitesse d’essai requise et les dimensions de l’éprouvette. Les éprouvettes 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 éprouvettes de forme cylindrique.
Un essai de flexion 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’éprouvette. 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’éprouvette sur le côté convexe ou de traction. 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.
Les valeurs calculées, telles que la force maximale et l’extension maximale, peuvent être enregistrées comme lors d’un essai normal de traction 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’éprouvette. Une fois ces valeurs saisies dans Bluehill Universal, des calculs tels que le module de flexion sont automatiquement calculés sur demande.


Polymères
Les polymères sont le plus souvent testés avec un essai de flexion à 3 points. La déflexion de l’éprouvette 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 flexion à 4 points. Cet essai à 4 points nécessite un déflectomètre pour mesurer avec précision la déviation de l’éprouvette 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 flexion 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 dispotif d’essai pour ces matériaux ait généralement des enclumes à alignement automatique.
NORMES D’ESSAIS DE FLEXION
Normes pour les essais sur plastiques, élastomères et métaux
La plupart des essais de flexion sont réalisés conformément aux normes établies publiées par des organismes tels que l’ASTM et l’ISO. Ces normes prescrivent des paramètres d’essai acceptables et des résultats pour différents types de matières premières, telles que les métaux, les plastiques, les élastomères, les textiles, et les composites, ainsi que pour les produits finis tels que les dispositifs médicaux, les pièces automobiles et l’électronique grand public. Ces normes garantissent que les matériaux et les produits entrant dans la chaîne d’approvisionnement affichent des propriétés mécaniques prévisibles et n'échouent pas dans leur utilisation finale prévue. Étant donné que les implications en matière de coût et de sécurité d’un échec du produit ne peuvent pas être exagérées, les entreprises sont encouragées à investir dans des équipements d’essai précis et de haute qualité conçus pour les aider à déterminer facilement si leurs produits répondent aux normes applicables.
ASTM
- ASTM C1550 | Résistance à la flexion du béton renforcé de fibres
- ASTM C1609 | Essais de flexion du béton renforcé de fibres
- ASTM C880 | Résistance à la flexion de pierre de taille
- ASTM C99 | Module de rupture de pierre de taille
- ASTM D143 | Propriétés de flexion du bois
- ASTM D6272 | Propriétés de flexion des plastiques et des matériaux d’isolation électrique
- ASTM D790 | Essais de flexion des plastiques
- ASTM E190 | Essais de flexion guidé des soudures
- ASTM E290 | Essais de flexion de matériau pour la ductilité
- ASTM F2606 | Stents vasculaires expansibles à ballonnet à trois points de flexion et systèmes de stents
ISO
- ISO 178 | Détermination des propriétés de flexion des plastiques
- ISO 14125 | Propriétés de flexion des composites en plastique renforcé de fibres
- ISO 14130 | Détermination de la résistance apparente au cisaillement interlaminaire des composites renforcés de fibres par la méthode à courte poutre
- ISO 3133 | Propriétés de flexion du bois
Autre
- EN 12089 | Détermination du comportement au flexion des produits d’isolation thermique