Matériaux et Propriétés des Polymères

Chapter 1: Mechanical Properties of Materials

• Matériaux mécaniques sont les propriétés des matériaux utilisés pour les constructions de divers objets
• On utilise des matériaux avancés pour la fabrication des avions comme le CFRP (les composites renforcés de fibres de carbone)
• Différents types de matériaux sont utilisés dans le fuselage ainsi que dans les ailes d'un avion :
  • GLARE® dans le fuselage supérieur
  • Matériaux avancés pour la cabine
  • CFRP pour les longerons supérieurs
  • CFRP pour les volets
  • CFRP pour la partie nez
  • LBW, fuselage inférieur
  • CFRP pour les longerons supérieurs
  • Matériaux avancés pour la cabine
• Divers matériaux sont utilisés dans la conception des avions pour leurs performances élevées et leur légèreté, telles que:
  • Matériaux en alliage de titane
  • Matériaux en alliage d'aluminium
  • Soudure par faisceau électronique
• L'A380 est l'avion qui utilise beaucoup la conception de CFRP afin d'obtenir meilleur rapport poids/résistance

I. Materials

• GLARE® dans la partie supérieure du fuselage
• Matériaux avancés pour la cabine
• CFRP (composants de structures renforcés de fibres de carbone) pour la partie arrière du compartiment
• CFRP pour les longerons de la partie supérieure de la cabine
• CFRP pour les volets
• CFRP pour la partie nez
• LBW, fuselage inférieur
• CFRP pour la section centrale des ailes
• Matériaux en alliage de titane
• Matériaux en alliage d'aluminium
• Soudure par faisceau électronique

What are materials?

• Un matériau est une substance physique utilisée pour fabriquer des choses.
• Connaissances des matériaux permettent de comparer les matériaux de tous les jours, par exemple, différents types de bois, de roches, de métaux, de papier, de plastique, en fonction de leurs propriétés, y compris la dureté, la résistance, la flexibilité et le comportement magnétique, et de relier ces propriétés à l'utilisation quotidienne des matériaux.
• Les matériaux sont un aspect important de la conception et de l'analyse en ingénierie.
• Il existe une grande variété de matériaux disponibles qui ont montré leur potentiel dans divers domaines d'ingénierie, allant de l'aérospatiale aux applications ménagères.
• Les matériaux sont généralement sélectionnés après avoir considéré leurs caractéristiques spécifiques, les domaines d'application, les avantages et les limitations.

Materials

• Les métaux sont constitués de nombreux cristaux fins.
• Les alliages sont obtenus en faisant fondre deux ou plusieurs métaux et un métal non métallique ensemble.
• Les céramiques et les verres sont généralement constitués d'oxydes, de nitrures, de carbures et de borures.
• Les exemples incluent l'alumine (Al₂O₃), la zircone (ZrO₂), le carbure de silicium (SiC).
• Les polymères et les élastomères comprennent les thermoplastiques et les thermodurcissables (élastomères).
• Les exemples incluent le polyéthylène, le chlorure de polyvinyle, le polypropylène.

Materials Families

• Les métaux comportent les matériaux ferreux et non ferreux
• Les polymères comprennent les thermoplastiques, les thermodurcissables et les élastomères.
• Les céramiques sont un composé à la fois de composants métalliques et non métalliques, notamment des oxydes, des nitrures et des carbures.
• Les exemples sont les métaux, les polymères et les céramiques.

Composites

• Les composites sont des matériaux d'ingénierie composés de deux ou plusieurs matériaux qui restent séparés et distincts tout en formant un seul composant.
• Généralement, l'un des matériaux forme une matrice continue tandis que l'autre fournit le renforcement.
• Les deux matériaux doivent être chimiquement inertes l'un par rapport à l'autre pour éviter toute interaction.
• Ce sont des matériaux composites renforcements à base de fibres.

Composites/Boeing

• Statistiques sur la proportion de matériaux composites dans la conception des avions Boeing.

Metals vs Composites

• Analyse des matériaux composites dans les avions Airbus.
• Analyse de l'augmentation de l'utilisation des matériaux composites dans les nouveaux avions Boeing B787.

Distribution of materials: Boeing 787

• Diagramme circulaire décomposant la composition des composants de matériaux d'avion Boeing 787.

Airbus A380: 25% composites

• Diverses parties de l'avion Airbus A380 composés de matériaux composites.

Airbus A350

• Composition des matériaux utilisés dans l'avion Airbus A350 XWB.

Advantages/Disadvantages of Composites

• Les avantages et les inconvénients des matériaux composites.

Examples of disadvantages of composites

• Exemples d'incidents ou de défaillances impliquant l'utilisation de matériaux composites.

Introduction

• L'application pratique des matériaux d'ingénierie dans la fabrication dépend d'une connaissance approfondie de leurs propriétés particulières dans un large éventail de conditions.
• Le terme «propriété» est une mesure qualitative ou quantitative de la réponse des matériaux aux conditions externes imposées, telles que les forces et les températures.
• Les propriétés mécaniques des matériaux sont essentielles pour prédire leur comportement sous diverses charges et pour la conception des composants.

Classification of material property

• Les propriétés des matériaux sont classées en propriétés physiques, mécaniques, électrochimiques et technologiques.

Property of material

• Une propriété d'un matériau est une description de ses caractéristiques.
• La résistance à la déformation élastique est appelée rigidité ou rigidité.
• La capacité d'un matériau à se déformer dans la plage inélastique sans perdre sa capacité de support est appelée ductilité.
• La déformation élastique est un comportement réversible.
• La déformation plastique est un comportement irréversible

Stress

• La contrainte est la force par unité de surface.

Strain

• La déformation est le changement de forme du matériau en fonction de la charge.

Stress & Strain

• Relations entre contrainte et déformation dans des conditions d'ingénierie et réelles.

Stiffness

• La rigidité est la capacité du matériau à résister à une déformation élastique.
• La loi de Hooke stipule que la contrainte est proportionnelle à la déformation.

Design or Safety Factors

• Les incertitudes de conception signifient que l'on ne pousse pas à la limite des matériaux.
• Le facteur de sécurité est utilisé afin de ne pas dépasser la limite d'élasticité.

Exercises 1 & 2

• Exercices de résolution des concepts de contraintes et déformations dans une expérience pratique.

Exercises 3

• Exercices de calcul des dimensions de composants à base de calculs de contraintes et déformations.

Exercise 4

• Exercice sur le calcul d'un diamètre de tige, en utilisant le module d'élasticité et la déformation.

Exercise 5

• Exercice sur la détermination de contraintes, déformation et module d'élasticité du zinc lors d'un test de traction.

Exercise 6

• Exercice de résolution de la déformation d'une barre en acier soumise à plusieurs charges.

Malleability

• La malléabilité est la capacité d'un matériau à être aplati en feuilles minces sans fissuration par déformation à chaud ou à froid.

Resilience

• La capacité d'un matériau à absorber de l'énergie de manière élastique.

Hardness

• La dureté est une propriété fondamentale des matériaux.
• Elle est fortement liée à la résistance au rayage ou à l'abrasion.

Brittleness

• La fragilité est la propriété d'un matériau à se casser sans grande distorsion permanente. 

Creep

• La déformation progressive lente d'un matériau sous contrainte constante et dépendante du temps, même à des contraintes inférieures à la limite d'élasticité.

Fatigue

• Le phénomène de rupture d'un matériau soumis à des contraintes répétées ou fluctuantes.

Toughness

• L'énergie nécessaire pour rompre l'unité de volume d'un matériau.

Material Selection

• Sélection des matériaux avec les meilleures performances données un ensemble de contraintes .
• Les diagrammes sont utiles pour comparer des matériaux sous différentes caractéristiques.

Using Material Selection Charts

• Les matériaux de chaque classe (métaux, polymères) se regroupent dans des zones distinctes qui sont utilisés pour comparer les propriétés.

Materials index examples

• Indices pour classifier et comparer les matériaux en fonction de leurs propriétés.
• Diagrammes ou graphiques pour visualiser les caractéristiques des différents matériaux.

Wrap Up

• Les diagrammes ou graphiques utilisés pour un processus de sélection des matériaux.
• Les avantages d'utiliser des diagrammes ou graphiques.

Materials properties used in automotive body components

• La proportion des différents matériaux dans la composition des structures de carrosserie d'un véhicule automobile.

Materials properties used in automotive body components

• Analyse des caractéristiques de déformation des différents types d'acier selon leurs propriétés mécaniques.

Testez vos connaissances sur les matériaux, leurs propriétés et classifications, notamment les céramiques, élastomères et polymères. Ce quiz aborde les différences entre les types de matériaux, ainsi que leurs caractéristiques distinctives et compositions. Idéal pour les étudiants en science des matériaux ou en ingénierie.