Lorsque les ingénieurs veulent connaître la résistance à la flexion d'un matériau, ils effectuent plusieurs tests. Parmi ceux-ci, l'un des plus importants est l'essai de flexion. Cependant, cet essai peut être réalisé de deux manières principales, ce qui conduit à son type : les essais de flexion en 3 points et en 4 points. À première vue, ils se ressemblent, mais diffèrent sur plusieurs points. C'est ainsi qu'est né le débat entre l'essai de flexion en 3 points et l'essai de flexion en 4 points.
Il est essentiel de connaître leurs principales différences pour obtenir des résultats précis. Cela permet de choisir le bon test pour le bon matériau. Ainsi, les risques d'erreurs coûteuses et de défaillances structurelles sont très rares. Vous avez des doutes sur ces tests ? Ne vous inquiétez pas ! Cet article va clarifier les choses en explorant les principales différences entre les essais de flexion en 3 points et en 4 points. C'est parti !
Vue d'ensemble des essais de flexion en 3 et 4 points
L'essai de flexion est une méthode permettant de déterminer la résistance à la flexion, la rigidité et la ductilité d'un matériau. En termes simples, il permet de déterminer le degré de flexion d'un matériau avant qu'il ne se brise. Il permet également de mesurer la souplesse ou la rigidité du matériau et de déterminer s'il freine brusquement ou s'il s'étire.
La mesure de tous ces paramètres nous donne la résistance ultime à la flexion d'un matériau. Ce test peut être réalisé en plaçant l'échantillon entre deux supports. Ces supports permettent de maintenir le matériau en place. Ensuite, une charge est appliquée par le haut, pressant le matériau vers le bas et le brisant. En fin de compte, les experts vérifient la force ou la charge qui provoque la rupture du matériau.
Vous pouvez effectuer un essai de flexion de deux manières. La première est un essai de flexion à 3 points. Dans ce cas, l'échantillon est placé sur deux points d'appui. Cependant, une seule unité de chargement la presse par le haut au centre. Cette configuration crée trois points de contact (deux supports et une charge) au total ; c'est pourquoi on parle d'essai de flexion à 3 points.
Au fur et à mesure que la force de chargement exerce une pression sur l'échantillon, celui-ci commence à se plier. Cela se poursuit jusqu'à ce que la charge maximale soit atteinte et que le matériau se brise. La résistance à la flexion et le module d'élasticité sont alors mesurés. À l'inverse, dans l'essai de flexion 4 points, l'échantillon est à nouveau placé sur deux supports. Mais cette fois, deux charges égales exercent une force sur l'échantillon.
Il y a donc quatre points de contact (deux charges et deux supports) au total, d'où le nom d'essai de flexion à quatre points. Cependant, la force dans cet essai est répartie sur une zone plus large entre deux points de charge. Le moment de flexion maximal n'est pas concentré en un seul point comme dans le cas de l'essai à 3 points. En raison de la meilleure répartition des contraintes, ce type d'essai de flexion est plus fiable.
Test de flexion 3 points vs. 4 points : Principales différences
Si vous ne le faites pas comprendre l'essai de flexion et ses types et les avantages, ne vous inquiétez pas ! J'ai rédigé un guide détaillé sur les tests de flexion. Nous vous conseillons de le lire pour comprendre les notions de base. Comme je l'ai dit plus haut, les essais de flexion en 3 points et en 4 points se ressemblent. Cependant, ils diffèrent sur de nombreux points. Examinons les distinctions entre les essais de flexion à 3 et 4 points.
1- Nombre de points de charge
Un point de charge est l'endroit exact où la machine d'essai applique la force. Le nombre de points de charge dans les deux types d'essais de flexion varie. Par exemple, l'essai de flexion 3 points ne comporte qu'un seul point de charge. Cela signifie que le matériau est maintenu entre deux supports. Cependant, une seule charge par le haut appuie sur l'échantillon en un seul endroit au centre.
Le test est donc simple et facile à réaliser. En revanche, dans l'essai de flexion à 4 points, il y a deux points de charge. Cela signifie que deux forces égales sont appliquées en deux points différents de l'échantillon de matériau. La pression se répartit sur une grande surface entre les deux points de charge. Il y a donc très peu de risques de rupture prématurée. Cette méthode donne donc des résultats plus précis.
2- Distribution des contraintes
La répartition des contraintes se réfère à la manière dont la force se propage dans le matériau au cours de l'essai et à l'endroit où elle se propage. Il s'agit d'un facteur de différenciation important entre les essais de flexion 3 et 4 points. COMMENT ? Dans l'essai de flexion à 3 points, il n'y a qu'un seul point de charge. Cela signifie que la contrainte est concentrée en un seul point. Par conséquent, ce point est plus sollicité et s'affaiblit.
Ce point unique est soumis à une contrainte, mais le reste du matériau ne l'est pas. À l'inverse, dans l'essai de flexion à 4 points, il y a deux points de charge. La force est donc répartie uniformément entre ces deux points de charge. Par conséquent, l'ensemble du point central est soumis à une contrainte égale et le matériau est testé de manière plus équitable.
3- Zone du moment de flexion maximal
Le moment de flexion fait référence à la force de flexion qui s'exerce sur les différentes parties du matériau. Cependant, le moment de flexion maximal est l'endroit où le matériau subit la force la plus élevée. Les essais de flexion 3 points et 4 points ont des zones différentes pour ce moment de flexion maximal. Dans un essai de flexion 3 points, le Machine d'essai de flexion à 3 points applique la force à un endroit précis.
Cela signifie que le moment de flexion maximal se produit en un seul point ou une seule zone. En d'autres termes, il n'y a qu'une seule zone de moment de flexion maximal. En revanche, dans l'essai de flexion à 4 points, le moment de flexion maximal est réparti sur une grande surface. Deux charges appliquent des forces à deux endroits différents. Par conséquent, la partie la plus longue du matériau subit la force de flexion la plus élevée.
4- Sensibilité aux défauts matériels
L'un des éléments les plus importants d'un essai de flexion est de savoir si le matériau présente des défauts. Ces défauts peuvent faciliter la rupture du matériau. L'efficacité avec laquelle un essai détecte ces défauts dépend donc de la manière dont la force est appliquée. Par exemple, dans l'essai de flexion 3 points, il n'existe qu'un seul point de charge au centre. La force est appliquée à ce seul point, qui est soumis à une contrainte intense.
Toute la pression ou la force est concentrée sur une zone minuscule. Par conséquent, cette zone est plus susceptible de provoquer la défaillance du matériau au cours de l'essai. Cela signifie que l'essai de flexion 3 points est plus sensible aux défauts de surface ou internes uniquement au centre. Cette méthode est donc plus efficace pour détecter les défauts, en particulier dans les petites zones.
En revanche, dans un essai de flexion à 4 points, il y a deux points de charge. La contrainte est donc répartie sur une grande surface. Il est donc moins sensible aux défauts mineurs. Une machine d'essai de flexion à 4 points ne permet pas de détecter les petites fissures ou les défauts. Cette méthode est intéressante lorsque l'on souhaite connaître les performances globales d'un matériau.
5- Précision des résultats
La précision des résultats signifie que les résultats du test sont corrects et fiables. En d'autres termes, elle vous aide à décider si vous pouvez faire confiance aux chiffres que vous obtenez. Les deux méthodes d'essai de flexion offrent différents niveaux de précision en termes de résultats. Par exemple, dans un essai de flexion en 3 points, la force est appliquée en un seul point. En raison de la concentration sur une petite zone, de petits éléments peuvent facilement affecter le test.
Les petites fissures, les défauts d'alignement et les dommages de surface en sont des exemples. Ces problèmes mineurs affectent considérablement le résultat, même si le matériau est globalement durable. En revanche, dans un essai de flexion à 4 points, la force est appliquée en deux points. L'essai est donc moins sensible aux petites fissures et aux erreurs de configuration. Cela vous permet d'obtenir une image plus réaliste de la durabilité du matériau.
6- Complexité de l'équipement et de l'installation
Ce point fait référence à la difficulté ou à la facilité de mise en place de l'équipement d'essai. Certains essais sont simples et rapides, tandis que d'autres sont difficiles à gérer. Par exemple, l'essai de flexion 3 points utilise deux supports et un point de chargement. Cela signifie qu'une seule force est appliquée, ce qui facilite la gestion et l'alignement de l'ensemble. De plus, la machine utilisée pour ce processus comporte moins de pièces.
Avec des compétences de base, vous pouvez facilement et rapidement effectuer ce test. En revanche, l'essai de flexion en 4 points utilise deux points d'appui et deux points de chargement. Les points d'appui et les points de charge sont les suivants Machine d'essai de flexion à 4 points comporte des pièces complexes qui requièrent davantage de compétences. Il est difficile d'aligner tous les éléments et de manipuler des pièces supplémentaires dans cette configuration. C'est pourquoi il faut être plus attentif et plus soigneux lors de l'exécution.
7- Exigence de longueur de l'échantillon
Cette différence concerne la longueur de l'échantillon nécessaire pour effectuer un test avec précision. Les deux types d'essais de flexion nécessitent des longueurs différentes pour l'échantillon. Par exemple, dans un essai de flexion à 3 points, la machine applique une force en un seul point au centre. Il n'est donc pas nécessaire d'avoir un échantillon long.
Cette courte durée d'échantillonnage rend ce processus plus simple à gérer. En revanche, l'essai à 4 points utilise deux points de chargement. La force est appliquée en deux points différents. Par conséquent, la longueur de l'échantillon doit être suffisante pour s'adapter. Si l'échantillon est court, les bras de chargement ne s'adapteront pas et le résultat du test ne sera pas précis. En d'autres termes, cette méthode utilise un échantillon long.
8- Réalisme dans la simulation des charges réelles
Il s'agit de savoir dans quelle mesure chaque essai de pliage représente ce qui se passe dans le monde réel pour le matériau. En d'autres termes, vous pouvez voir quel test donne des résultats plus proches de ce à quoi un matériau est confronté dans le monde réel. L'essai de flexion en 3 points applique une force en un point central. Le matériau est soumis à une contrainte maximale dans une seule petite zone.
Cependant, dans les situations réelles, les charges sont généralement réparties. Elles affectent non seulement une petite zone centrale, mais aussi toute la surface du matériau. L'essai de flexion en 3 points est donc moins réaliste. À l'inverse, une machine de pliage à 4 points applique une force en deux points. Les contraintes sont réparties exactement comme dans la réalité. Cette méthode est donc plus réaliste et simule les conditions réelles.
9- Types de matériaux appropriés
Tous les matériaux ne se comportent pas de la même manière lors des essais de flexion. Il est donc essentiel de savoir quel matériau convient à quel essai de flexion. Simplifions cette distinction. Dans l'essai de flexion 3 points, la force est appliquée en un point. Cela provoque une concentration intense de contraintes au centre. Il convient donc mieux aux matériaux fragiles tels que le verre et le plastique dur. POURQUOI ?
Comme le matériau fragile se brise plus rapidement au point faible, c'est précisément sur ce point que porte l'essai de flexion en 3 points. À l'inverse, l'essai de flexion en 4 points répartit la force entre deux points. Il est valable pour les matériaux ductiles qui ne se fissurent pas soudainement. Cela vous permet d'observer de près le comportement du matériau sur une longue zone de flexion.
10- Efficacité en termes de coûts et de délais
Le coût et l'efficacité en termes de temps jouent un rôle important dans le choix entre ces deux méthodes. Les ingénieurs préfèrent les tests qui sont non seulement efficaces, mais aussi rentables. À cet égard, les deux essais de flexion diffèrent. Par exemple, un essai de flexion à 3 points nécessite un équipement simple. Il nécessite moins de pièces, qui sont plus faciles à manipuler et à installer. De plus, ses résultats rapides permettent d'économiser du temps et de l'argent.
Dans l'ensemble, ce procédé est plus économique. En revanche, les essais de flexion en 4 points nécessitent un dispositif d'usinage complexe. La manipulation de ce dispositif prend plus de temps. En outre, ces machines ont un prix élevé. Vous aurez besoin d'un personnel qualifié pour faire fonctionner cette installation complexe, ce qui augmente les coûts de main-d'œuvre. Dans l'ensemble, l'essai de flexion en 4 points est donc une méthode longue et coûteuse.
Questions fréquemment posées
Les essais de flexion 3 points et 4 points peuvent-ils être utilisés pour le même matériau ?
Oui, vous pouvez utiliser les deux tests de flexion pour le même matériau. Toutefois, le choix dépend de l'objectif de l'essai. Si vous souhaitez détecter des défauts mineurs tout en recherchant la précision, les essais de pliage à 3 points et à 4 points peuvent être utilisés pour le même matériau.
Les tests en 3 points et en 4 points mesurent-ils les mêmes propriétés ?
Oui, les essais de flexion 3 points et 4 points mesurent les mêmes propriétés. Par exemple, ils mesurent la résistance à la flexion, la rigidité et la déflexion. Cependant, le niveau de précision et de sensibilité diffère dans les deux cas.
Quelles sont les industries qui utilisent les essais de flexion à 3 et 4 points ?
Les essais de flexion 3 points et 4 points sont largement utilisés dans diverses industries. Les industries les plus courantes sont les suivantes
- Industrie automobile
- Industrie aérospatiale
- Industrie électrique
- Marine et construction navale
- Fabrication d'outils et d'équipements
Conclusion
Les essais de flexion sont utiles pour comprendre la résistance réelle à la flexion d'un matériau. Parmi eux, les essais de flexion à 3 et 4 points sont les plus utiles. À première vue, ils se ressemblent, mais plusieurs facteurs les différencient. Dans cet article, j'aborde certains de ces facteurs. Par exemple, les essais de flexion 3 points utilisent un seul point de chargement.
Il applique une force au centre, ce qui le rend sensible aux défauts des matériaux. Ce processus est également rentable et simple. En revanche, l'essai de flexion en 4 points fait appel à des machines avancées et complexes. Il applique une force en deux points différents. Ce processus est coûteux en raison de la complexité de la configuration des machines. Toutefois, je recommande de choisir cette méthode pour obtenir des résultats plus exacts, plus précis et plus réalistes.