Stress cyclique - Cyclic stress
La contrainte cyclique est la distribution des forces (ou contraintes) qui changent avec le temps de manière répétitive. À titre d'exemple, considérons l'une des grandes roues utilisées pour entraîner une nacelle telle qu'une remontée mécanique . Le câble métallique enroulé autour de la roue exerce une force vers le bas sur la roue et l' arbre d'entraînement supportant la roue. Bien que l'arbre, la roue et le câble bougent, la force reste presque verticale par rapport au sol. Ainsi un point à la surface de l'arbre d'entraînement subira une tension lorsqu'il pointe vers le sol et une compression lorsqu'il pointe vers le ciel.
Types de stress cyclique
Une contrainte cyclique est fréquemment rencontrée dans les machines tournantes où un moment de flexion est appliqué à une pièce en rotation. C'est ce qu'on appelle une contrainte de flexion cyclique et la portance aérienne ci-dessus en est un bon exemple. Cependant, des contraintes axiales cycliques et des contraintes de torsion cycliques existent également. Un exemple de contrainte axiale cyclique serait une corde élastique (voir saut à l'élastique ), qui doit supporter la masse des personnes lorsqu'elles sautent de structures telles que des ponts. Lorsqu'une personne atteint l'extrémité d'un cordon, le cordon dévie élastiquement et arrête la descente de la personne. Cela crée une forte contrainte axiale dans le cordon. Une fraction de l'énergie potentielle élastique stockée dans le cordon est généralement transférée à la personne, la projetant vers le haut d'une fraction de la distance sur laquelle elle est tombée. La personne retombe alors sur le cordon, provoquant un stress au niveau du cordon. Cela se produit plusieurs fois par saut. Le même cordon est utilisé pour plusieurs sauts, créant des contraintes cycliques dans le cordon qui pourraient éventuellement provoquer une défaillance s'il n'est pas remplacé.
Contrainte cyclique et défaillance du matériau
Lorsque des contraintes cycliques sont appliquées à un matériau, même si les contraintes ne provoquent pas de déformation plastique , le matériau peut échouer en raison de la fatigue . La rupture par fatigue est généralement modélisée en décomposant les contraintes cycliques en composantes moyennes et alternées. La contrainte moyenne est la moyenne temporelle de la contrainte principale. La définition du stress alterné varie selon les différentes sources. Elle est définie soit comme la différence entre la contrainte minimale et la contrainte maximale, soit comme la différence entre la contrainte moyenne et maximale. Les ingénieurs tentent de concevoir des mécanismes dont les pièces sont soumises à un seul type (flexion, axiale ou torsion) de contrainte cyclique car cela correspond plus étroitement aux expériences utilisées pour caractériser la rupture par fatigue dans différents matériaux.