Les pièces mécaniques peuvent également se rompre lorsque les contraintes auxquelles elles sont soumises sont inférieures à la valeur de la résistance statique.
Cela est dû au phénomène de la fatigue.
La rupture par fatigue se produit lorsque les pièces sont soumises à des charges répétées et variables dans le temps avec un régime cyclique et/ou oscillatoire et lorsque des zones présentant des discontinuités géométriques ou des défauts mécaniques ou métallurgiques sont présentes.
Ces défauts sont généralement cachés ou microscopiques et la formation de fissures de fatigue n’entraîne pas de déformation ou de rétrecissement dans la zone de rupture.
Cette absence d’indication de dommages empêche la détection du problème avant la défaillance de l’appareil.
En raison d’irrégularités de surface ou de la présence de discontinuités microstructurelles, les contraintes locales peuvent dépasser la limite d’élasticité locale, de sorte que l’application cyclique de la charge entraîne une déformation plastique.

Le processus de fatigue peut être divisé en trois étapes :

• Naissance de fissures à la surface ou sur des défauts internes ou sub-superficiels sous l’action de contraintes cycliques.
• Propagation des fissures sous contraintes répétées.
• Rupture par écrasement lorsque la section résiduelle de la pièce s’est réduite à un point tel qu’elle ne peut résister à la charge extérieure.

L’apparition de la fracture d’un organe mécanique rompu par la fatigue est caractérisée par deux zones distinctes, la première relative à la propagation de la fissure et la seconde concernant la fracture finale due à la surcharge.
La fatigue est un sujet étudié depuis le XIXe siècle, mais malgré cela, on pense toujours qu’environ 75 % des défaillances mécaniques sont dues à ce phénomène.
On comprend dès lors combien il est nécessaire d’éviter que cela ne se produise, en particulier lorsque la pièce est un organe de sécurité.
C’est pourquoi un certain nombre d’essais normalisés sont utilisés pour vérifier la résistance à la fatigue.

Le régime de fatigue peut être de différents types :

• Flexion à plat
• Déflexion en rotation
• Traction axiale

Dans le cas de la fatigue axiale, les normes internationales les plus couramment utilisées sont ASTM E466, ASTM E606, ISO 1099 et ISO 12106. Ces essais consistent à soumettre un échantillon normalisé à une contrainte ou à une déformation cyclique alternée.
Les éprouvettes, dans le cas de la section cylindrique, ont l’aspect classique d’un sablier et nécessitent une grande attention dans leur préparation afin qu’il n’y ait pas d’éléments extérieurs (imperfections de surface, fissures, rayons incorrects) qui pourraient influencer le résultat final.
L’utilisation de l’éprouvette est une approximation nécessaire lorsqu’on veut vérifier les caractéristiques d’un matériau, ou lorsque la pièce réalisée est de forme complexe, ou encore lorsque ses dimensions sont telles qu’elle ne peut être testée avec les machines d’essais existantes sur le marché.
Les machines d’essai peuvent être de deux types : servohydraulique et par résonance

Machines servohydrauliques
Les machines servohydrauliques pour les essais dynamiques peuvent fonctionner en maintenant la charge, la déformation ou le déplacement constants, en fonction de la quantité mesurée. Ces machines fonctionnent généralement avec des fréquences comprises entre 10 et 20 Hz.
L’alternative à ces machines consiste à exploiter la résonance : l’échantillon ou la pièce est mis en vibration à une fréquence égale à sa fréquence propre, ce qui crée un champ de déplacement et de déformation cyclique qui provoque sa rupture.

Machine par résonance
Les machines par résonance ont la particularité de pouvoir travailler à des fréquences très élevées, jusqu’à 150 Hz. C’est un avantage du point de vue du coût, du temps, des économies d’énergie et enfin de l’environnement.
En effet, en travaillant à haute fréquence, les temps de test sont réduits à environ un quart de ceux requis par les machines servo-hydrauliques, ce qui se traduit par une réduction significative des coûts de test.
D’un point de vue environnemental, outre la réduction de la consommation d’énergie, les machines par résonance n’utilisent pas les huiles utilisées par les machines servo-hydrauliques, ce qui évite de devoir gérer leur élimination.

Le laboratoire d’essai des matériaux SMT dispose d’un parc de machines d’essai des deux types pour répondre aux différents besoins de ses clients. À cet égard, l’entreprise dispose d’une machine d’essai par résonance de 700 kN, qui peut tester non seulement des spécimens, mais aussi des pièces de taille importante dans le secteur des fixations et de l’acier nervuré pour la construction en béton armé.
Cette machine est couramment utilisée pour tester la résistance à la fatigue axiale des vis et autres composants nécessitant des contraintes d’essai très élevées.