Un tensiomètre est un appareil utilisé pour déterminer la réponse d’un matériau à des contraintes variables, appelées charges. La quantité d’étirement d’un matériau lorsqu’il est soumis à une contrainte fournit des informations importantes sur la résistance à la traction et à la fatigue du matériau. Les tensiomètres sont couramment utilisés dans l’industrie manufacturière pour garantir que les pièces répondent aux exigences de résistance et d’endurance nécessaires.
Les tensiomètres se composent de deux poignées qui maintiennent en place une section de matériau d’essai. Ces pinces sont ensuite utilisées pour appliquer une force de traction ou de compression, appelée charge, sur l’éprouvette. Les instruments de tensiomètre peuvent créer la force grâce à l’utilisation d’une vis ou d’un vérin hydraulique, qui sont alimentés par des moyens mécaniques ou électriques.
Des chambres scellées peuvent être utilisées pour loger un tensiomètre. Cette configuration permet de tester les caractéristiques de déformation d’un matériau sous des températures et des pressions spécifiques. Ceci est essentiel pour tester les métaux utilisés dans les avions et les sous-marins, qui peuvent subir des changements drastiques de la pression atmosphérique. Les chambres sont également utiles pour tester les matériaux qui seront exposés à des plages de températures élevées.
Les résultats précis des tensiomètres dépendent de la qualité de l’éprouvette. Tout défaut créé pendant le processus de coupe peut fausser les résultats des tests et entraîner une défaillance prématurée sous contrainte. Même la plus petite incohérence de surface peut s’agrandir et se propager rapidement sous contrainte, entraînant des fractures précoces et une fatigue du métal. C’est le même processus qui provoque la fatigue et la défaillance des rivets et des tôles mal produits sur les avions lorsqu’ils sont exposés à plusieurs reprises aux contraintes de la pression atmosphérique.
Les résultats produits par les instruments de tensiomètre fournissent la charge en fonction de l’extension. A partir de ces données, ainsi que de la section transversale de l’éprouvette, une courbe contrainte-déformation peut être tracée. Cette courbe est unique pour chaque matériau et fournit des mesures clés. Ces mesures comprennent la limite élastique du matériau, la limite de proportionnalité, la limite d’élasticité et la résistance ultime.
Les tensiomètres permettent aux ingénieurs de déterminer le module de Young du matériau testé. Le module de Young représente la pente linéaire initiale de la courbe contrainte-déformation d’un matériau, définie comme la résistance à la traction divisée par la déformation à la traction. La résistance à la traction est déterminée en divisant la force appliquée par la section transversale de l’éprouvette. La déformation en traction représente la quantité d’étirement produite, divisée par la longueur d’origine de l’éprouvette. Les matériaux exposés à une force dans le module de Young, la partie linéaire initiale de la courbe contrainte-déformation, reviendront à leur état d’origine une fois la charge supprimée.
Le point auquel la ligne contrainte-déformation d’un matériau commence à se courber représente la limite élastique du matériau. La contrainte causée par des charges supérieures à cette limite entraînera une déformation permanente du matériau, l’empêchant de revenir à son état d’origine lorsque la charge est supprimée. La force maximale, ou contrainte, absorbée par le matériau représente sa résistance ultime. Cela peut être égal ou non à la résistance à la rupture du matériau.