La déformation est la déformation d'un matériau résultant d'une force appliquée, et elle est mesurée par le changement de longueur. Elle peut être soit en traction, soit en compression. Une jauge de contrainte est un dispositif qui varie sa résistance électrique proportionnellement à la déformation. La déformation peut résulter d'un certain nombre d'influences internes ou externes, notamment la pression, la température ou les changements structurels. Les jauges de contrainte les plus couramment utilisées sont les jauges de contrainte métalliques collées, qui consistent en un fil fin ou une feuille métallique assemblés en forme de grille. La grille est collée à l'échantillon testé et détecte les changements de longueur qui se produisent lorsqu'une charge est appliquée. Cela entraîne un changement de résistance, qui est mesuré par un circuit électrique. Les matériaux non homogènes peuvent présenter de nombreuses complexités pour obtenir des mesures de contrainte précises.
Propriétés des matériaux non homogènes
Jusqu'à récemment, la majorité des mesures de contrainte étaient appliquées à des métaux tels que l'acier et les alliages d'aluminium. La tendance actuelle à remplacer les métaux par des polymères et des composites a entraîné une augmentation du nombre de plastiques renforcés présentant des propriétés mécaniques, thermiques et chimiques très différentes. Une différence majeure entre les propriétés physiques des métaux et des polymères réside dans le module d'élasticité. Un matériau composite à matrice polymère ou plastique peut avoir un module d'élasticité plus de deux fois supérieur à celui des métaux, en fonction du matériau fibreux et du volume de renfort. Par conséquent, les mesures de déformation pour ces matériaux hétérogènes sont considérablement plus importantes que pour les métaux et nécessitent généralement des techniques spéciales de collage et de câblage des jauges de contrainte.
La conductivité thermique des composites à matrice polymère peut être jusqu'à deux ordres de grandeur inférieure à celle des métaux. Lorsque l'échantillon d'essai et la jauge subissent une déformation, la résistance de la jauge change en réponse à la déformation et génère un décalage de tension calibré. Les jauges de contrainte à résistance plus élevée génèrent moins de chaleur pour la tension produite. Cependant, les composites à matrice polymère ne conduisent pas bien la chaleur et peuvent permettre à la chaleur de s'accumuler dans la jauge. Cette augmentation de température entraîne une augmentation de la résistance et, par conséquent, une erreur dans la mesure de la contrainte. Dans certains cas, cela peut nécessiter une compensation de température.
Certains matériaux non homogènes sont hygroscopiques et peuvent se dilater ou se contracter en fonction des variations du taux d'humidité. Ces fluctuations dimensionnelles ne se distinguent pas de la production thermique et entraînent des mesures de contrainte erronées. Les matrices composites plastiques varient considérablement en termes de propriétés hygroscopiques. Par exemple, le plastique acrylique a une forte tendance à absorber l'humidité, tandis que le polyéthylène n'en absorbe pratiquement pas. Le bois est un autre matériau non homogène susceptible d'absorber l'humidité. Le bois se dilate et se contracte en fonction des changements atmosphériques. De plus, le retrait qui se produit pendant le séchage est moins important dans le sens parallèle au grain que dans le sens transversal. Cela souligne la nécessité de choisir correctement les échantillons pour les jauges de contrainte de la compensation et de fournir des conditions atmosphériques constantes pour les jauges actives et les jauges de compensation.
Longueur de jauge pour les matériaux hétérogènes
La longueur de jauge est définie comme la zone réceptive de la grille. Les languettes de soudure et les boucles d'extrémité sont exclues de ce qui est considéré comme la surface de détection de contrainte de la jauge en raison de leur section transversale relativement grande et de leur faible résistance électrique. Les longueurs des jauges de contrainte sont généralement choisies en fonction de la taille et de la forme de l'échantillon et de la répartition prévue de la contrainte. La longueur de jauge joue également un rôle essentiel dans la précision des mesures de contrainte. Les jauges de contrainte de 0,125 pouce ou plus offrent généralement une plus grande stabilité et une plus grande plage de mesure. De plus, les jauges plus grandes offrent une meilleure dissipation thermique, car elles ont une puissance par unité de surface de grille plus faible.
La longueur de jauge est également un facteur important à prendre en compte dans les mesures de contrainte pour les matériaux non homogènes tels que les plastiques renforcés et le béton. La longueur doit être importante par rapport à la taille des hétérogénéités de l'échantillon afin de fournir des mesures de déformation représentatives de la structure. Les mesures de matériaux hétérogènes visent généralement à obtenir une déformation moyenne plutôt que les incohérences qui apparaissent à la périphérie des matériaux agrégés et matriciels.
Modèle de jauge
Le choix du bon modèle de jauge est essentiel pour optimiser les mesures de déformation. Le modèle de jauge désigne la configuration de la grille et des languettes à souder. La largeur de la grille peut être étroite ou large, selon l'application. Une largeur de grille étroite minimise l'erreur de moyennage pour les gradients de déformation alignés verticalement par rapport à la jauge, tandis que des grilles plus larges facilitent la dissipation thermique pour les échantillons qui présentent de mauvaises propriétés de transfert thermique. La configuration des languettes à souder doit correspondre à la taille et à la position de l'installation et permettre le raccordement des fils conducteurs.
Souvent, des modèles de jauges identiques sont proposés avec une résistance différente ; les plus courants sont 120 et 350 Ω. La jauge à résistance plus élevée est le plus souvent préférée car elle diminue la quantité de chaleur générée et réduit le bruit du signal provenant des fils conducteurs et d'autres sources de variations de résistance.
Adhésifs
TT300, SG401, SG496 Adhésifs pour jauges de contrainte Le choix de l'adhésif peut affecter les performances de la jauge de contrainte, car il fait essentiellement partie du système de mesure. Il est donc conseillé d'utiliser les adhésifs recommandés par le fabricant de la jauge. Les adhésifs époxy qui durcissent à température ambiante conviennent à la plupart des matériaux non homogènes, tels que les composites. Ils sont disponibles en plusieurs formulations, avec des propriétés adaptées aux variations de température, de temps et de capacité d'allongement. Si vous appliquez un époxy pour coller des feuilles composites entre elles, l'époxy utilisé sera un bon choix pour coller la jauge. Les adhésifs non chargés sont généralement préférés pour minimiser le fluage. Cependant, les matériaux composites dont les fibres donnent une surface irrégulière peuvent présenter des difficultés de collage. Dans ce cas, un adhésif partiellement chargé peut être appliqué pour lisser la surface avant de coller l'échantillon à la jauge avec un adhésif non chargé.
Jauges de contrainte conçues pour les matériaux non homogènes
L'OMEGA® SGD-30/120-LY40 est une jauge de contrainte extra-longue spécialement conçue pour les matériaux non homogènes. Sa grille mesure 25 mm sur 8 mm et son support 40 mm sur 12 mm. Sa résistance nominale est de 120 Ω et elle se termine par des pastilles à souder. La grille est formée d'une feuille de constantan scellée dans un support en Polyimide. La jauge de contrainte SGD-30/120-LY40 d'OMEGA est flexible et résistante, ce qui lui permet d'effectuer des mesures statiques et dynamiques très précises.
La jauge de contrainte SGD-30/350-LY40 est fabriquée à partir de matériaux de même qualité que la SGD-30/120-LY40. Sa longueur de 50 mm améliore la précision des mesures de contrainte pour les matériaux non homogènes. La grille mesure 30 mm sur 3 mm et le support 36 mm sur 5 mm. La résistance nominale du SGD-30/350-LY40 est de 350 Ω. Cette jauge de contrainte à motif linéaire est conçue pour mesurer la contrainte dans une seule direction.
Conclusion
Les jauges de contrainte extra-longues offrent plusieurs avantages pour les mesures de contrainte sur des matériaux non homogènes. Elles couvrent une plus grande surface de mesure, ce qui permet une meilleure représentation de la structure du matériau. De plus, leur surface plus importante facilite la dissipation thermique, ce qui permet d'obtenir des mesures plus stables.
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Écrit par : Dan Schultz
Mise à jour le : 30 octobre 2025
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Rédigé par :
Dan Schultz
Publié le : 30 mars 2026