QCM : Essais et propriétés mécaniques (29 questions)

Explication

Un matériau est un corps, souvent solide, que l’homme utilise pour fabriquer des objets constituant le support de son cadre de vie. L’objet fini n’est pas le matériau, l’état liquide ne correspond pas à la définition et une matière naturelle non transformée n’est pas une condition requise.

Explication

Les propriétés d’un matériau dépendent de la nature de ses liaisons chimiques, de son arrangement atomique et de sa microstructure. La forme extérieure et des critères de choix comme le coût ne remplacent pas ces facteurs, et la microstructure contribue bien aux propriétés.

Explication

Les quatre familles présentées sont les métaux, les polymères organiques, les céramiques et les composites. Les alliages sont des combinaisons métalliques, tandis que les catégories fondées sur des propriétés ou l’origine ne remplacent pas cette classification.

Explication

La microstructure est constituée de grains ou de particules microscopiques dotés d’une morphologie déterminée. Les atomes et les liaisons relèvent d’échelles plus fines, tandis que la forme de la pièce et les résultats d’essais ne définissent pas la microstructure.

Explication

Un nombre important de propriétés physiques, chimiques et mécaniques dépend étroitement de la microstructure. Limiter l’influence aux seules propriétés mécaniques ou physiques néglige d’autres catégories concernées; la microstructure n’est pas sans effet.

Explication

Le choix doit intégrer à la fois les conditions d’utilisation, la température, la durée de vie, la disponibilité et le coût, la mise en forme ainsi que les propriétés visées. Se limiter aux propriétés mécaniques ou à des facteurs commerciaux et technologiques laisse de côté des éléments importants.

Explication

Les critères de choix se répartissent en catégories techniques, technologiques et commerciales. Les propriétés mécaniques, physiques ou chimiques sont plutôt des exemples de critères techniques, tandis que les catégories environnementales ou géographiques ne constituent pas la classification donnée.

Explication

L’amélioration d’une propriété peut affecter les autres; il faut donc rechercher un compromis entre les propriétés et les impératifs économiques. Ignorer les effets croisés ou dissocier les propriétés conduit à une optimisation inadaptée.

Explication

Le recyclage contribue à préserver les ressources naturelles, à économiser l’énergie et à éviter des dégradations liées notamment à l’extraction minière, à l’enfouissement et à la pollution des sols. Le réduire à la seule gestion des déchets ou lui attribuer une hausse de l’extraction méconnaît ces bénéfices.

Explication

Une réaction chimique utilisée pour traiter un déchet, par exemple afin d’en séparer des composants, relève du recyclage chimique. Le broyage par machine caractérise le recyclage mécanique, tandis que le recyclage organique constitue une autre famille.

Explication

Les propriétés mécaniques décrivent le comportement du matériau sous sollicitation et aident à choisir le matériau, dimensionner les pièces et prévoir leur usinage ou leur mise en forme. La composition chimique, la masse, le revêtement ou le stockage ne résument pas ces fonctions.

Explication

La résistance désigne la contrainte maximale qu’un matériau peut supporter avant de se rompre. La résistance à la pénétration correspond à la dureté, tandis que les deux autres réponses décrivent la rigidité et la ductilité.

Explication

La ductilité est la capacité d’un matériau à se déformer irréversiblement avant de se rompre. Une déformation réversible relève de la rigidité, la contrainte maximale avant rupture de la résistance et la pénétration de la dureté.

Explication

En traction simple, la contrainte moyenne vaut $\sigma=F/S$ ; ainsi, $12\,000/300=40\ \text{N/mm}^2$. La valeur $0{,}025$ inverse le rapport, tandis que les autres résultats proviennent d’une multiplication ou d’un mauvais choix de grandeur.

Explication

L’essai de traction impose une déformation à l’éprouvette et mesure la force qui s’y exerce afin d’obtenir le diagramme $F=f(\Delta l)$. Inverser ces rôles, mesurer la pénétration ou remplacer la force par la température ne décrit pas le principe de cet essai.

Explication

La contrainte nominale vaut $F/S_0=1\,000/20=50\ \text{N/mm}^2$ et la déformation relative vaut $\Delta l/l_0=1/50=0{,}02$. Employer la longueur pour calculer la contrainte, inverser le rapport ou utiliser la longueur finale conduit aux autres couples.

Explication

Dans le domaine élastique linéaire, $\sigma=E\varepsilon$ ; donc $200\times0{,}001=0{,}2\ \text{GPa}$. Diviser par la déformation, traiter celle-ci comme égale à 1 ou reprendre directement le module ne respecte pas la loi de Hooke.

Explication

La limite d’élasticité est $R_e=F_e/S_0$ ; ici, $5\,000/25=200\ \text{N/mm}^2$. Le rapport inversé et le produit sont des erreurs de calcul, tandis que $F_m/S_0$ correspond à la résistance à la traction, non à la charge à la limite d’élasticité.

Explication

La ténacité mesure l’énergie de déformation emmagasinée par unité de volume et caractérise la résistance à la propagation brutale des fissures. La rigidité concerne la résistance à la déformation, la ductilité la déformation plastique avant rupture, et la limite d’élasticité le début de la déformation irréversible.

Explication

Un comportement ductile comporte une déformation plastique irréversible avant la rupture. Le comportement fragile reste élastique et satisfait la loi de Hooke avant la rupture, tandis que le comportement élastique non linéaire demeure réversible.

Explication

La viscoplasticité correspond à une déformation progressive qui laisse une déformation permanente après déchargement. La viscoélasticité est progressive mais réversible au chargement comme au déchargement.

Explication

La dureté quantifie, sans dimension, la résistance d’un matériau à la pénétration sous une charge donnée. La résistance à la propagation des fissures relève de la ténacité, tandis que la résistance à la traction et la déformation sont d’autres caractéristiques mécaniques.

Explication

L’essai Vickers utilise un pénétrateur pyramidal à base carrée et la relation $HV=0{,}189F/d^2$. Ici, $d^2=0{,}25$, donc $HV=0{,}189\times100/0{,}25=75{,}6$; $37{,}8$ oublie le carré de $d$, $1890$ le met au numérateur, et $0{,}0047$ inverse le rapport.

Explication

La résilience désigne l’aptitude d’un corps à résister aux chocs. La dureté concerne la pénétration, la traction statique relève d’une autre sollicitation et la ductilité décrit la déformation avant rupture.

Explication

L’essai de traction applique des efforts statiques, tandis que l’essai de résilience évalue la réponse à des efforts dynamiques. Inverser les régimes ou attribuer le même régime aux deux essais confond leur principe; la dureté porte sur une autre propriété.

Explication

La résilience se calcule en divisant l’énergie de rupture par la section au fond de l’entaille : $K=24/3=8$ daJ·cm⁻². Le résultat $72$ vient de la multiplication, $0{,}125$ du rapport inversé et $24$ de l’oubli de la division.

Explication

Entre les domaines de basse et de haute température se trouve une zone de transition où la rupture comporte des parties fragile et ductile. Le domaine fragile caractérise les basses températures, tandis que le comportement ductile peut apparaître à haute température.

Explication

Les polymères associent des atomes légers, comme le carbone, l’hydrogène et l’oxygène, à un empilement non compact, ce qui contribue à leur masse volumique inférieure à celle des métaux. Les atomes lourds et l’empilement compact caractérisent plutôt les métaux.

Explication

Le carbure de silicium présente la rigidité spécifique la plus élevée parmi ces choix, avec 218,8. Le tungstène a une forte masse volumique mais une rigidité spécifique plus faible, et les valeurs du béryllium et de l’aluminium sont également inférieures.