Approche fiabiliste dans l’analyse du
comportement des matériaux à la rupture

CARACTÉRISATION DES TÔLES EN ACIER GALVANISÉ

Principalement pour déterminer la ténacité d’un acier galvanisé, deux batteries d’essais classiques sont nécessaires: les essais de traction uniaxiale et les essais de dureté Vickers. Les éprouvettes sont prélevées d’une tôle en acier E26 galvanisée. Le protocole des essais est décrit ci-dessous. Nous estimons développer les résultats classiques des essais de traction et de dureté dans ce chapitre, mais l’analyse statistique des incertitudes sera incluse dans le dernier chapitre dédier à l’analyse mécano-fiabiliste. 2.1 Matériau Le matériau est un acier de construction ‘E26’ utilisé pour la fabrication des tôles galvanisées, produits par laminage à froid ‘LAF’ de complexe sidérurgique d’ElHadjar, Algérie. La composition chimique obtenue par spectrométrie et les propriétés mécaniques spécifiques de matériau ainsi que les conditions de galvanisation sont données dans les tableaux 2-1, 2-2 et 2-3.2.2 Essai de traction uniaxial

Prélèvement et préparation des éprouvettes d’essai de traction

Les essais de traction ont été réalisés sur des éprouvettes extraites d’une tôle d’acier galvanisée ‘E26’ dans le sens longitudinal de laminage selon la norme ASTM E8, figure 2.1. Cinq essais ont été réalisés dans les mêmes conditions. Les éprouvettes ont été fabriquées sur une fraiseuse universelle au niveau des ateliers centraux du complexe sidérurgique d’El Hadjar, Annaba suivant la gamme d’usinage suivante : – Découpe d’une section de (500 x 200) mm² d’une tôle d’acier galvanisée. – Découpe d’échantillons de (30 x 200) mm². – Montage d’un lot de 5 échantillons sur la table de la machine et bridage en longueur. – Usinage du contour en 2 sous-phases selon la norme ASTM E8, figure 2.1. 

Machine d’essai de traction

Tous les essais de traction ont été réalisés sur la machine de traction «Zwick/Roell Z050» piloté par ordinateur, (figure 2.4), au niveau du laboratoire des essais mécanique au département de métallurgie de l’université Badji Mokhtar Annaba. Les essais ont mené à une vitesse de déformation constante égale à 0,008 s-1 . Selon la norme DIN EN 10002-1. Figure 2.4 –Illustration de la machine de traction type : « Zwick/Roell Z050». 

Résultats des essais de traction

Les résultats des essais de traction, sont analysés par le logiciel ‘ZWICK’ qui révèle un comportement commun aux aciers à température ambiante. La figure 2.5 montre les principales propriétés du matériau, dont le module d’Young E, acquis directement sur la machine à l’aide des courbes conventionnelles de contrainte déformation de l’acier galvanisée ‘E26’, mais les courbes réelles de contrainte–déformation sont obtenus à l’aide des équations de la figure 2.5 montre les courbes conventionnelles contrainte-déformation de l’acier galvanisé ‘E26’, pour les cinq géométries des éprouvettes de traction. Figure 2.5 – Les courbes contrainte-déformation de l’acier galvanisé ‘E26’, a) Courbes conventionnelles, b) Courbe réelle. La figure 2.5 montre les courbes conventionnelles contrainte-déformation de l’acier galvanisé ‘E26’, pour les cinq géométries des éprouvettes de traction. Pour les éprouvettes lisses, la courbe suit un comportement commun aux aciers faiblement alliés où la contrainte ultime conventionnelle est de 389,94 MPa et réelle de 458,30 MPa, et une résistance à la traction (courbe conventionnelle) de 111,56 MPa. Le module d’Young est acquis directement de logiciel de contrôle de l’essai de traction. En comparaison avec les aciers utilisés chez Arcelor-Mittal [27] (les figures 2.6 et 2.7), l’acier galvanisé ‘E26’ est identique à l’acier ‘S235’. La courbe réelle est déterminée à partir de la courbe conventionnelle en appliquant l’équation d’Hollomon, le tableau 2-7 résume les équations utilisées pour tracer la courbe réelle; et le tableau 2-8 donne une synthèse de paramètres de la courbe d’Hollomon. En intégrant les rainures, le comportement plastique de la courbe conventionnelle change et prend forme en fonction du rayon de courbure. Plus le rayon est petit plus la zone de plasticité de courbe est réduite. Les déformations sont de 5, 6, 7 et 12 % respectivement pour les rainures de 2, 4, 10 et 80. Le comportement est communément retrouvé dans la littérature.

Essai de dureté Vickers 

Protocole des essais de dureté Vickers

L’éprouvette est en acier galvanisé ‘E26’, cisaillé un échantillon de dimensions: (40 × 20) mm 2 et d’épaisseur de 1,7 mm découpée de la même tôle d’où sont prélevées les éprouvettes de traction. Chapitre 2: Caractérisation des tôles en acier galvanisé. 44 La superficie de l’éprouvette est suffisante pour réaliser un profil des essais de dureté. Le protocole d’essai consiste à mener des duretés de Vickers de gamme de cinq charges de 3, 5, 10, 30 et 10 kgf. Pour chacune des charges d’essai a été répété cinq fois. La figure 2.8 montre la répartition des points d’indentation relative aux charges appliquées. Afin d’éviter l’effet de bordure, les points sont éloignés et les trames sont espacées d’au moins 1/6 de la longueur de l’échantillon. (Selon la NF EN ISO 6507-1 JUIN 1998) Figure 2.8 – Configuration de la trame des points de mesure d’essai de dureté Vickers et désignation des charges. 

Machine d’essai de dureté

Tous les essais de dureté Vickers sont réalisés sur la machine de dureté « Zwick/Roll Zhu», (figure 2.9) au niveau du laboratoire des essais mécaniques de département de Génie mécanique de l’université Badji Mokhtar Annaba. Figure 2.9 – Illustration de la machine d’essai de dureté type : « Zwick/Roll Zhu». 

Résultats d’essai de dureté Vickers

Les empreintes des indentations sont montrées dans la figure 2.10; et les résultats de mesures sont établis en respectant les paramètres géométriques tout en utilisant les formules de tableau 2-9.