L'une des erreurs les plus fréquentes lorsque l'on parle de forces est d'utiliser les mots "charge" et "contrainte" de manière interchangeable, comme s'ils signifiaient la même chose. Ce n'est pas le cas.
C'est simple :
CHARGE est exprimée en livres ; STRESS est exprimée en livres par pouce carré.
Il y a donc deux éléphants, l'un portant des baskets, l'autre des talons aiguilles. Les deux éléphants pèsent le même poids. Cependant, alors qu'elles s'approchent du point d'eau, l'éléphante en talons aiguilles commence à avoir des problèmes, car ses talons ne cessent de s'enfoncer dans le sol. Pourquoi ?
Comme ils pèsent le même poids, nous savons que la charge totale (en livres) qu'ils exercent sur le sol est exactement la même. Cependant, l'éléphant le plus beau (celui qui a des talons) concentre cette charge sur une surface beaucoup plus petite (livres par pouce carré), de sorte que la contrainte sur le sol est beaucoup plus élevée à l'endroit où il marche.
Dans le monde des équipements et des joints, Charge et contraintes entrent en jeu à la fois pour les goujons et les joints.
STUDS
La limite des goujons est toujours indiquée en termes de contrainte. Si vous consultez l'onglet "Stud Data" du Exchanger Gasket Workbook, vous trouverez un tableau indiquant la "limite d'élasticité" des différents matériaux utilisés pour les goujons. Cette valeur est une contrainte et est exprimée en livres par pouce carré, ou "psi". Vous constaterez que tous les goujons B7 jusqu'à un diamètre de 2-1/2" ont une limite d'élasticité minimale (nous verrons ce que cela signifie plus tard) de 105 000 psi.
Prenons deux goujons - l'un de 5/8" et l'autre de 1-3/4" - et examinons leur relation en termes de contrainte et de charge. Comme il s'agit de matériaux B7 et qu'ils ont tous deux un diamètre inférieur à 2-1/2", ils peuvent tous deux être soumis à une contrainte de 105 000 livres par pouce carré. Imaginez ces goujons vissés dans une lourde poutre en I à une extrémité, avec un écrou spécial muni d'une chape à l'autre extrémité, comme le montre ce croquis.
Quel poids (charge) devrions-nous suspendre à chacune des chapes afin d'atteindre une contrainte de 50 000 psi dans le goujon ? Il est évident que le goujon le plus grand devra supporter un poids beaucoup plus important pour atteindre la même contrainte.
La relation entre la contrainte et la charge dans un goujon est déterminée par la "zone de contrainte de traction" du goujon. Il s'agit de la section transversale effective du goujon en tension. La contrainte à l'intérieur du goujon est égale à la charge totale sur le goujon divisée par la zone de contrainte de traction :
Contrainte = Charge / Surface de contrainte de traction
et :
Charge = Contrainte * Surface de contrainte de traction
Étant donné que la "charge" est exprimée en livres et que la "zone de contrainte de traction" est exprimée en pouces carrés, les unités de contrainte sont les livres par pouce carré.
La zone de contrainte de traction du goujon peut être trouvée sur la page "Stud Data" du Exchanger Gasket Workbook. En examinant les goujons de notre exemple, nous constatons que la zone de contrainte de traction du goujon de 5/8" est de 0,226 pouce carré, tandis que la zone de contrainte de traction du goujon de 1-3/4" est de 2,081 pouces carrés. À partir des équations ci-dessus, nous pouvons calculer :
Pour le goujon de 5/8" : 50 000 * 0,226 = 11 300 livres
Pour le goujon de 1-3/4" : 50 000 * 2,081 = 104 050 livres
Il faudrait donc suspendre près de 10 fois plus de poids sur le gros montant pour obtenir la même contrainte que sur le petit montant. En d'autres termes, la contrainte est la même, mais la charge est plus élevée parce que la surface de la section transversale du goujon est beaucoup plus grande.
Séquence de pensée essentielle :
Lorsque l'on envisage des applications de joints, il faut presque toujours penser en termes de contrainte du joint - la compression en livres par pouce carré sur le joint. Cependant, la contrainte du joint provient toujours de la contrainte du goujon. Pour passer de l'un à l'autre, nous devons suivre les étapes suivantes :
- Convertir le goujon stress en charge charge en utilisant la zone de contrainte de traction.
- Multipliez la charge de chaque montant par le nombre de montants pour obtenir la charge totale. charge totale transférée au joint.
- Diviser cette charge totale charge Divisez cette charge totale sur le joint par le nombre de pouces carrés (surface) du joint pressé pour déterminer la contrainte (livres par pouce carré) du joint.
Cette simple conversion de la contrainte du goujon à la charge du goujon, et inversement de la charge du goujon à la contrainte du joint, devient une seconde nature lorsque nous travaillons sur les problèmes d'étanchéité des joints.