La paroi d'une fine canette en aluminium est très souple. Si on la presse de l'intérieur, elle se plie facilement. En revanche, si on la roule en cylindre et qu'on appuie dessus avec la même force, il est difficile de l'aplatir. Si on la ferme de haut en bas pour former une canette entièrement vide, elle peut même supporter le poids d'un adulte comme moi. Que se passe-t-il ?
La capacité de charge d'un objet doit être étroitement liée au matériau. Le tofu et l'acier sont des matériaux différents ; il est donc essentiel de connaître le matériau des boîtes de conserve. Les premières boîtes en aluminium étaient en acier inoxydable, un matériau très résistant mais un peu lourd. Plus tard, avec les progrès technologiques, l'aluminium est devenu le matériau principal pour les boîtes de conserve. Comparée à l'acier inoxydable, sa densité est environ trois fois inférieure à celle de l'acier inoxydable. Ainsi, les boîtes en acier inoxydable de 60 g sont devenues des boîtes en aluminium de 15 à 21 g. Le poids est considérablement réduit et permet de supporter la pression de l'air à l'intérieur. Aujourd'hui, toutes les boîtes sont fabriquées en aluminium pur, à l'exception du fer blanc du couvercle.
Alors, quelle est la résistance de l'aluminium pur ? Tous les étudiants savent que les alliages d'aluminium peuvent améliorer leurs propriétés mécaniques par dopage avec différents matériaux. Il existe donc de nombreux types d'alliages d'aluminium, dont les propriétés mécaniques varient considérablement. Bien que l'aluminium pur soit appelé aluminium pur, les propriétés mécaniques varient selon les méthodes de production et de traitement. La figure montre la courbe contrainte-déformation de l'aluminium pur industriel 1060 soumis à différents traitements thermiques. Vous pouvez ignorer ces 7 ou 8 passes, qui correspondent toutes à une méthode de traitement. Veuillez observer le point le plus élevé de cette courbe : il se situe autour de 220 MPa. Bien que ces données soient encore légèrement différentes de celles de l'acier ordinaire, les performances globales sont déjà proches.
À l'état de feuille mince, il ne peut supporter une pression importante, ce qui entraîne un phénomène étrange, appelé « flambage » en mécanique. La peau en aluminium du canette en aluminium La feuille est si fine, environ 0,3 mm, qu'elle devient plane après dépliage, et les deux côtés sont sous pression. Ceci est différent de la tension exercée sur les deux côtés. La compression est une situation instable. Lorsqu'elle est tendue des deux côtés, même en cas d'interférence de force latérale, la feuille mince ne subit pas de changement d'état majeur et se rééquilibre facilement. Tout comme un rocher dans un col, même repoussé, il revient à sa position initiale sous l'effet de son propre poids. Cependant, lorsqu'elle est comprimée des deux côtés, la moindre perturbation latérale peut rompre l'équilibre initial, et la feuille ne peut le retrouver automatiquement. Tout comme un rocher au sommet d'une montagne, il dégringole à la moindre perturbation et ne revient jamais au sommet. En compression, dès qu'une légère flexion se produit, la feuille fléchit plus fortement sous l'action de la pression. À ce stade, la charge externe correspondante est loin d'atteindre la valeur correspondant à la contrainte limite de 220 MPa. Par conséquent, la capacité de compression de la feuille mince est très faible.
La faible capacité de compression des tôles minces étant due à leur instabilité, comment améliorer cette stabilité ? Prenons l'exemple des conteneurs. Les conteneurs sont empilés couche par couche à quai et leurs parois latérales sont soumises à une pression importante, ce qui facilite leur perte de stabilité. Un examen attentif de la paroi latérale du conteneur révèle qu'elle n'est pas plane, mais présente des plis longitudinaux. Ces plis augmentent son épaisseur équivalente, améliorant ainsi sa résistance à l'instabilité. Placer les boîtes en cercle permet également d'augmenter l'épaisseur équivalente. De fait, cela améliore la résistance à la flexion, le flambage étant l'effet de la flexion. Si les faces supérieure et inférieure sont à nouveau scellées pour former un tout, cela revient à imposer des contraintes supplémentaires à proximité du joint, de sorte que seule la partie centrale est plus facile à plier, ce qui améliore encore la résistance à la pression.
