Les essais de torsion sont un type d’essai mécanique qui évalue les propriétés des matériaux ou des dispositifs lorsqu’ils sont soumis à des contraintes dues à un déplacement angulaire. Les essais de torsion peuvent être divisés en deux catégories distinctes : l’essai de matières premières comme les fils métalliques ou les tubes en plastique pour déterminer des propriétés telles que la résistance au cisaillement et le module, ou l’essai fonctionnel de produits finis soumis à la torsion, comme les vis, les bouteilles pharmaceutiques et les câbles gainés. Les propriétés mécaniques les plus courantes mesurées par les essais de torsion sont les suivantes :

• Module d’élasticité en cisaillement
• Résistance au cisaillement au seuil d’élasticité
• Résistance ultime au cisaillement
• Module de rupture en cisaillement
• Ductilité

Pourquoi effectuer un test de torsion ?

De nombreux produits et composants sont soumis à des forces de torsion pendant leur fonctionnement. Les essais de torsion sont nécessaires lorsque les ingénieurs souhaitent modifier ou mettre à jour les matériaux utilisés dans ces produits. Par exemple, le métal utilisé dans les groupes motopropulseurs de véhicules subissent une charge combinée complexe pendant leur fonctionnement et la torsion est la principale composante de cette charge combinée.  Un ingénieur qui tente de concevoir un véhicule plus économe en carburant peut être amené à modifier le matériau de l’arbre de transmission afin de réduire le poids du véhicule. Les essais de torsion peuvent aider l’ingénieur à identifier un matériau approprié qui possédera la résistance à la torsion requise tout en contribuant à l’objectif d’allègement.

De nombreux produits finis sont également soumis à des forces de torsion pendant leur fonctionnement. Les produits tels que les tubes biomédicaux, les interrupteurs et les fixations ne sont que quelques-uns des dispositifs soumis à des contraintes de torsion dans leur utilisation quotidienne. En testant leurs produits en torsion, les fabricants sont en mesure de simuler les conditions réelles, de contrôler la qualité des produits, de vérifier les conceptions et de garantir des techniques de fabrication appropriées.

Types d’essais de torsion

Les essais de torsion peuvent être réalisés en appliquant uniquement un mouvement de rotation ou en appliquant à la fois des forces axiales (de traction ou de compression) et des forces de torsion. Les types d’essais de torsion varient d’un produit à l’autre, mais peuvent généralement être classés comme des essais sur la défaillance, d’épreuve ou de fonctionnement du produit.

• Torsion uniquement : Appliquer uniquement des charges de torsion à l’échantillon d’essai.
• Torsion axiale : Application de forces axiales (de traction ou de compression) et de forces de torsion sur l’échantillon d’essai.
• Essai sur la défaillance : En tordant le produit, le composant ou l’échantillon jusqu’à la rupture. La défaillance peut être classée par la rupture physique ou par un plissement/défaut dans l’échantillon.
• Essai d’épreuve : En appliquant une charge de torsion et maintenir cette charge de torsion pendant une durée déterminée.
• Essai sur le fonctionnement : Tester des assemblages complets ou des produits tels que des bouchons de bouteilles, des interrupteurs, des stylos à plume ou des colonnes de direction pour vérifier que le produit se comporte comme prévu sous des charges de torsion.

Equipement d’Essais en Torsion

Les essais de torsion peuvent être réalisés sur différents équipements d’essais, selon le domaine d’application. Un système d’essais universel, comme la série 6800, peut être configuré avec un module de Torsion qui permet au système de réaliser des essais biaxiaux (charge axiale et de torsion simultanée et indépendante). Les essais fonctionnels de produits finis sont souvent réalisés sur un système de fatigue dynamique comme l’ElectroPuls d’Instron.

Calcul des Résultats

La courbe du couple torsion/rotation produite par des essais de matières premières en torsion est très similaire à celle de la force de déplacement enregistrée lors d’essais axiaux. La plupart des matériaux présente une zone linéaire similaire, représentant le module de cisaillement suivi par l’élasticité et finalement, la rupture.

Normes ASTM et ISO communes

ASTM F543 - Essai axial et de torsion des vis à os 

ASTM A938 - Essai de torsion sur fil métallique

ISO 7800 - Essai de torsion sur fil métallique

ISO 594 - Essai des raccords coniques Luer

ISO 7206 - Essais d’endurance et de fatigue des prothèses de hanche artificielles