Necking (ingénierie) - Necking (engineering)
La striction , en ingénierie ou en science des matériaux , est un mode de déformation par traction où des quantités relativement importantes de déformation se localisent de manière disproportionnée dans une petite région du matériau. La diminution importante résultante de la section transversale locale fournit la base du nom "cou". Etant donné que les souches locales dans le cou sont grandes, striction est souvent étroitement associée à céder , une forme de déformation plastique associée à ductiles matériaux, souvent des métaux ou des polymères. Une fois que le rétrécissement a commencé, le goulot devient l'emplacement exclusif de la plastification du matériau, car la zone réduite donne au goulot la plus grande contrainte locale .
Formation
La striction résulte d'une instabilité lors de la déformation en traction lorsque la section transversale d'un matériau diminue d'une plus grande proportion que la déformation du matériau s'écrouit . Considere a publié le critère de base pour le rétrécissement en 1885. Trois concepts fournissent le cadre pour comprendre la formation du rétrécissement.
- Avant déformation, tous les matériaux réels présentent des hétérogénéités telles que des défauts ou des variations locales de dimensions ou de composition qui provoquent des fluctuations locales des contraintes et des déformations . Pour déterminer l'emplacement du cou naissant, ces fluctuations n'ont besoin que d' une amplitude infinitésimale .
- Au cours de la déformation par traction, le matériau diminue en section transversale. ( effet Poisson )
- Lors de la déformation par traction, le matériau durcit. La quantité de durcissement varie avec l'étendue de la déformation.
Les deux derniers éléments déterminent la stabilité tandis que le premier élément détermine l'emplacement du cou.
Les graphiques de gauche montrent la relation quantitative entre le durcissement (représenté par la pente de la courbe) et la diminution de la section transversale (supposée dans le traitement de Considère varier inversement avec le rapport d'étirage) pour un matériau qui forme un col stable (en haut) et un matériau qui se déforme de manière homogène à tous les rapports d'étirage (en bas).
Au fur et à mesure que le matériau se déforme, tous les emplacements subissent approximativement la même quantité de contrainte tant qu'il durcit plus que sa section transversale diminue, comme indiqué pour les petits rapports d'étirage dans le diagramme du haut et à tous les rapports d'étirage dans le bas. Mais si le matériau commence à durcir dans une proportion inférieure à la diminution de la section transversale, comme indiqué par le premier point de tangence du diagramme du haut, la contrainte se concentre à l'emplacement de la contrainte la plus élevée ou de la dureté la plus faible. Plus la contrainte locale est importante, plus la diminution locale de la section transversale est importante, ce qui à son tour provoque encore plus de concentration de contrainte, conduisant à une instabilité qui provoque la formation d'un col. Cette instabilité est dite « géométrique » ou « extrinsèque » car elle implique la diminution macroscopique du matériau en section transversale.
Stabilité du cou
Au fur et à mesure que la déformation progresse, l'instabilité géométrique fait que la contrainte continue de se concentrer dans le col jusqu'à ce que le matériau se rompe ou que le matériau du col durcisse suffisamment, comme indiqué par le deuxième point de tangence dans le diagramme du haut, pour provoquer la déformation d'autres régions du matériau à la place. La quantité de contrainte dans le col stable est appelée rapport d'étirage naturel car elle est déterminée par les caractéristiques de durcissement du matériau, et non par la quantité d'étirage imposée au matériau. Les polymères ductiles présentent souvent des cols stables car l'orientation moléculaire fournit un mécanisme de durcissement qui prédomine aux grandes déformations.
Traitement mathématique
Dans la courbe de contrainte d' ingénierie , le début de la striction se produit au maximum de la courbe, c'est-à-dire la charge maximale appliquée que le matériau peut supporter, ou la résistance à la traction ultime . La charge portée est donnée par
F = T A i
où σ T est la contrainte vraie et A i est l'aire instantanée. Au maximum, la dérivée de la force est égale à
dF = dσ T A i + σ T dA i = 0
ou
d σ T /σ T = -dA i /A i
Le critère de striction est donc que l'augmentation incrémentielle de la contrainte interne est exactement égale à la diminution incrémentielle de la section transversale où la contrainte est localisée.