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Concept
Ténacité
Résumé
La ténacité est la capacité d'un matériau à résister à la propagation d'une fissure.
On peut aussi définir la ténacité comme étant la quantité d'énergie qu'un matériau peut absorber avant de rompre, mais il s'agit d'une définition anglophone. En anglais, on fait la différence entre « toughness », l'énergie de déformation à rupture par unité de volume (, ce qui correspond aussi à des pascals) et « », la ténacité au sens de résistance à la propagation de fissure. Il n'existe en effet aucune relation universelle liant l'énergie de déformation à rupture et la résistance à la propagation de fissure, qui n'ont d'ailleurs pas du tout la même unité.
La ténacité d'un matériau donne la contrainte (en Pascal) qu'une structure faite de ce matériau peut supporter, si elle présente une fissure d'une certaine longueur. On exprime la ténacité avec la racine carrée de cette longueur. La ténacité d'un matériau s'exprime donc en .
La ténacité d'un matériau n'est pas strictement corrélée à sa fragilité/ductilité (cette dernière se quantifiant par un allongement relatif à rupture, sans unité). Il existe de multiples alliages métalliques ductiles à ténacités plus faibles que nombre de céramiques techniques fragiles. Les carbures de tungstène ont par exemple la même ténacité que des alliages de plomb, matériaux très ductiles, mais sont fragiles.
Le concept de ténacité date des années 1920 est généralement attribué à Alan Arnold Griffith. Dans ses études de la rupture du verre, il a pu constater que la contrainte à rupture () d'une plaque en verre était directement corrélée à la racine carrée de la longueur de la plus grande fissure présente (). Ainsi, le produit est une constante spécifique du matériau.
La rupture d'une pièce due à une fissure est à rapprocher du phénomène de concentration de contrainte. Lorsqu'une plaque présente un défaut comme un alésage (un "trou") ou une entaille, la contrainte à proximité directe de ce défaut est bien plus grande que la contrainte loin du défaut. On dit que la contrainte y est concentrée (Figure 1).
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Concepts associés (18)
Microstructure (matériaux)
vignette|Microstructure d'origine organique : celle d'un œuf, mise en évidence par une source lumineuse. Le concept de microstructure peut se définir indépendamment des matériaux considérés (métaux, céramiques ou matières plastiques). Schatt et Worch la définissent ainsi : Les zones de la microstructure, appelées cristallites (grains, charges ou zones amorphes) sont généralement de taille microscopique et peuvent être caractérisées, aussi bien qualitativement que quantitativement, au microscope optique.
Impact (mécanique)
vignette|Un coup à la tête peut provoquer une commotion cérébrale. En mécanique, un impact est un choc violent entre deux éléments, faisant intervenir des vitesses relatives très importantes, c'est-à-dire une brutale décélération, et donc une force importante, durant un temps très court. Lors d'une collision à vitesse relative plus basse, il se produit : une déformation élastique, sous la forme de vibrations, typiquement de bruits d'impact ; dans le cas de matériaux ductiles ou visqueux, une déformation irréversible (déformation plastique ou viscoplastique) provoquant un dégagement de chaleur ; le cas échéant, de la rupture.
Essai de flexion par choc sur éprouvette entaillée Charpy
L'essai de flexion par choc sur éprouvette entaillée Charpy a pour but de mesurer la résistance d'un matériau à la rupture. Il est fréquemment appelé essai de résilience Charpy ou même essai Charpy. Il porte le nom de l'ingénieur français Georges Charpy (1865-1945) qui en fut un des principaux théoriciens et promoteurs. Il mit en particulier au point la machine qui permet de réaliser l'essai et qui est appelée Mouton Charpy.