Les courbes de charge c. les courbes de la déflexion sont des représentations graphiques de la déformation d’un matériau en caoutchouc lorsqu’il subit une force croissante. Pour les ingénieurs, ces courbes fournissent des informations précieuses sur la rigidité, la compressibilité, l’absorption d’énergie et l’adéquation d’un caoutchouc pour des pièces comme les supports de vibration, les sceaux et les joints, ou les tampons antichocs et à impact.
Cet article définit la charge et la déflexion et il explique en quoi elles diffèrent. Il explique aussi comment interpréter les courbes de charge c. les courbes de la déflexion afin que vous puissiez les utiliser pour comparer les matériaux en caoutchouc des pièces que vous concevez. Continuez à lire pour en savoir plus et contactez Elasto Proxy si vous avez besoin d’un fabricant de caoutchouc qui offre aussi des revues de conception et de l’aide pour le choix des matériaux.
Qu’est-ce que la charge ?
La charge est la force appliquée au matériau en caoutchouc. Elle est généralement mesurée en livres-force (lbf/in.) ou en newtons par millimètre (N/mm). La charge peut être appliquée par compression, tension ou cisaillement. Cependant, la plupart des courbes de charge c. la déflexion fait référence à la compression. C’est parce que la plupart des pièces en caoutchouc est compressée entre deux surfaces pour assurer l’étanchéité et/ou l’isolation.
Qu’est-ce que la déflexion ?
La déflexion correspond à la quantité de déformation ou de déplacement que subit le caoutchouc sous charge. En d’autres termes, elle décrit à quel point le matériau se comprime sous une certaine force. Prenons l’exemple d’un joint en caoutchouc de 0,500” (12,70 mm) d’épaisseur comprimé à 0,425 “ (10,80 mm). La déflexion est de 0,075″ (1,91 mm), ce qui correspond à la différence entre les deux mesures.
Charge c. Déflexion : la différence
La charge et la déflexion sont liées, mais elles décrivent différents aspects du comportement d’un caoutchouc :
- La charge est l’entrée (c’est-à-dire la force appliquée).
- La déflexion est la sortie (c’est-à-dire la déformation qui en résulte).
Un caoutchouc rigide aura une petite déflexion pour une charge élevée. Inversement, un caoutchouc tendre aura une grande déflexion pour une faible charge.
Qu’est-ce que cela signifie dans des conditions réelles ?
Considérez la différence entre une rondelle de hockey et une gomme d’un crayon. Une rondelle de hockey est rigide et se déforme peu lorsqu’elle est frappée par la lame d’un bâton. Une gomme d’un crayon est molle et se déforme facilement lorsqu’elle est utilisée pour effacer les marques de crayon sur une feuille de papier.
Comprendre les courbes de charge c. les courbes de la déflexion
Une courbe charge-déflexion représente la charge sur l’axe vertical et la déflexion sur l’axe horizontal. Au fur et à mesure que le caoutchouc est comprimé, la courbe monte et montre la force nécessaire pour obtenir une quantité précise de déformation. La plupart des matériaux en caoutchouc ont une courbe avec une région initiale de faible pente, une région de pente croissante, puis une région de pente élevée.
Rigidité (pente de la courbe)
La pente de la courbe indique la rigidité de compression, c’est-à-dire la résistance d’un matériau à être comprimé, écrasé ou réduit en taille lorsqu’une charge de compression est appliquée. Les matériaux rigides ont des pentes abruptes et les matériaux mous des pentes peu profondes. En d’autres mots, un caoutchouc rigide a une pente plus raide et nécessite une plus grande force pour être comprimé.
Déflexion maximale autorisée
La déflexion maximale permise est la plus grande distance (épaisseur) qu’un matériau en caoutchouc peut comprimer en toute sécurité sous charge. Pour le caoutchouc massif, la limite est généralement de 10% à 30% de l’épaisseur originale du matériau. Pour la mousse ou le caoutchouc éponge, la limite est généralement de 30% à 50%. Dépasser la déflexion maximale autorisée augmente le risque de compression permanente, ce qui peut entraîner la défaillance du joint.
Capacité de charge
La capacité de charge est la plus grande force qu’un matériau en caoutchouc peut supporter avant qu’une défaillance structurelle ne survienne. Ça ressemble beaucoup à la déflexion maximale permise; alors quelle est la différence ? La différence est que la capacité de charge mesure la force, tandis que la déflexion maximale permise mesure la distance (épaisseur).
Comportement non linéaire
Plus on compresse le caoutchouc, plus il devient difficile de le compresser davantage. C’est parce que le caoutchouc est composé de longues chaînes moléculaires flexibles qui bougent facilement au début, mais se raidissent ensuite à la mesure que la déflexion augmente. Les courbes de charge c. celles de la déflexion illustrent ce comportement non linéaire.
Absorption d’énergie
Une courbe de charge c. une courbe de déflexion ne montre pas seulement de la rigidité. Il indique aussi combien d’énergie mécanique le caoutchouc absorbe pendant la compression.
- Les matériaux rigides ont des courbes abruptes et absorbent plus d’énergie mécanique.
- Les matériaux mous ont des courbes peu profondes et absorbent moins d’énergie mécanique.
Qu’est-ce que cela signifie pour les pièces en caoutchouc ? Choisir un matériau avec trop peu d’absorption d’énergie peut entraîner une fatigue prématurée ou des chocs et vibrations excessifs. Choisir un matériau avec trop d’énergie absorbée est aussi problématique et peut entraîner un mouvement excessif du caoutchouc.
Applications pratiques des courbes de charge c. des courbes de déflexion
Voici plusieurs exemples de la façon dont les ingénieurs utilisent les courbes de charge versus celles de déflexion.
Supports de vibration
Les supports anti-vibration doivent se comprimer sous charge sans toucher le fond. Les ingénieurs utilisent les courbes de charge c. celles de la déflexion pour :
- Choisir une dureté en caoutchouc (duromètre) qui supporte le poids de l’équipement.
- Vous assurer que la déflexion reste dans la plage permise.
- Éviter une compression excessive qui réduit l’isolation des vibrations.
Exemple : Vous avez besoin de supports de vibration pour un générateur de 500 lb (226,796 kg). Les pièces doivent se déformer de 0,15 “ à 0,25 “ (3,81 mm à 6,35 mm) sous charge. Vous convertissez le poids du générateur en unité de force. Ensuite, vous comparez les courbes de charge c. déflexion pour le caoutchouc de 50, 60 et 70 de dureté (Shore A) afin de déterminer quelle dureté peut répondre à vos besoins.
Sceaux et joints
La déflexion de compression détermine la pression d’étanchéité. Si le matériau en caoutchouc est trop mou, le joint sort de l’écart. Si le caoutchouc est trop rigide, il pourrait ne pas s’adapter aux irrégularités de surface.
Les courbes de charge c. celles de la déflexion aident les ingénieurs à :
- Prédire la force de compression nécessaire à l’étanchéité.
- Vous assurer que le joint comprime suffisamment pour combler les espaces.
- Éviter la surcompression (c’est-à-dire la compression permanente) qui endommage l’étanchéité.
Exemple : Vous concevez un joint extérieur qui doit se comprimer à 20% sous une charge de serrage de 30 lbf/po (5,25 N/mm). Vous comparez les courbes pour l’EPDM et le silicone dans différents duromètres puisque les deux matériaux sont résistants aux intempéries.
Amortisseurs et plaques d’impact
Les coussinets en caoutchouc absorbent l’énergie par déformation. Les courbes de charge c. celles de la déflexion montrent :
- Combien d’énergie le pad peut absorber.
- Si le tampon s’effondre sous l’impact.
- Comment la raideur change à haute contrainte.
Exemple : vous concevez un tampon en polyuréthane pour une utilisation sous des machines lourdes. Il doit absorber de lourdes charges d’impact sans déflexion excessive. Vous choisissez un polyuréthane de 90 duromètres (Shore A) à cause de sa courbe de charge en fonction de la déflexion abrupte.
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