Propagation brutale de fissures et effets dynamiques PDF Download
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Book Description
La thèse traite, à l'aide de modèles simples, quelques phénomènes présents en mécanique de la rupture en dynamique et en milieu hétérogène. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés aux phénomènes de propagation brutale sous chargement quasi-statique (on entend par chargement quasi-statique, lorsque la vitesse du chargement tend vers 0). Pour cela nous avons développé un modèle de décollement de film (soumis à un déplacement imposé) à travers une interface ayant une discontinuité de ténacité. Le film commence par se décoller de façon stable, puis lorsqu'il se decolle à travers la discontinuité de ténacité, le décollement devient brutal sur une certaine longueur. La solution dynamique du modèle a été développée et nous avons obtenu que lorsque le chargement du film devient quasi-statique alors la solution dynamique converge en tous points vers une solution quasi-statique particulière que l'on nomme "métastable". Dans un deuxième temps, nous avons cherché à construire le même résultat pour une structure 2D présentant une discontinuité de ténacité à travers le trajet de fissuration. Pour cela nous avons utilisé un algorithme de type déboutonnage de noeuds pour construire la solution dynamique. Nous avons obtenu que la longueur de la propagation brutale donnée par l'approche numérique est plus faible que celle obtenue avec la solution "métastable".Ces différentes considérations nous ont permis d'introduire quelques grandeurs couramment utilisées dans l'industrie comme la ténacité à l'arrêt.Dans un troisième temps nous avons cherché à analyser l'influence d'un défaut sur la propagation d'une fissure. Pour cela nous avons utilisé le modèle de film précédemment défini et la discontinuité de ténacité a été remplacé par un défaut. On montre que le décollement du film est brutal à travers le défaut, redevient stable en sortie de défaut et converge (lorsque la vitesse du chargement tend vers zéro) vers une courbe limite que l'on nomme "couche limite". Ensuite après un temps suffisamment long, la couche limite regagne la solution quasi-statique. Nous avons montré que cette couche limite peut s'interpréter d'un point de vue énergétique par un mécanisme de relaxation de l'énergie cinétique. Différentes interprétations de ce phénomène en statique et en dynamique sont présentées et en paticulier des ténacités apparentes sont introduites. Dans un quatrième temps nous nous sommes intéressés à l'influence d'un milieu contenant une infinité de défauts. Le même modèle de film est utilisé avec une infinité de défauts. Différentes solutions quasi-statiques sont présentées, en particulier la solution métastable et celle obtenue avec une approche de type minimum global de l'énergie. En dynamique deux approches différentes sont étudiées: une première qui permet de construire la solution limite (lorsque la vitesse du chargement tend vers zéro) et une seconde plus directe et qui consiste à prendre en compte toutes les ondes. Pour la seconde méthode, un passage à la limite (vitesse de chargement) sera effectué de façon numérique. Au final on obtient que lorsque la taille des défauts tend vers zéro et que le chargement devient quasi-statique alors une ténacité équivalente du milieu apparait.
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La thèse traite, à l'aide de modèles simples, quelques phénomènes présents en mécanique de la rupture en dynamique et en milieu hétérogène. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés aux phénomènes de propagation brutale sous chargement quasi-statique (on entend par chargement quasi-statique, lorsque la vitesse du chargement tend vers 0). Pour cela nous avons développé un modèle de décollement de film (soumis à un déplacement imposé) à travers une interface ayant une discontinuité de ténacité. Le film commence par se décoller de façon stable, puis lorsqu'il se decolle à travers la discontinuité de ténacité, le décollement devient brutal sur une certaine longueur. La solution dynamique du modèle a été développée et nous avons obtenu que lorsque le chargement du film devient quasi-statique alors la solution dynamique converge en tous points vers une solution quasi-statique particulière que l'on nomme "métastable". Dans un deuxième temps, nous avons cherché à construire le même résultat pour une structure 2D présentant une discontinuité de ténacité à travers le trajet de fissuration. Pour cela nous avons utilisé un algorithme de type déboutonnage de noeuds pour construire la solution dynamique. Nous avons obtenu que la longueur de la propagation brutale donnée par l'approche numérique est plus faible que celle obtenue avec la solution "métastable".Ces différentes considérations nous ont permis d'introduire quelques grandeurs couramment utilisées dans l'industrie comme la ténacité à l'arrêt.Dans un troisième temps nous avons cherché à analyser l'influence d'un défaut sur la propagation d'une fissure. Pour cela nous avons utilisé le modèle de film précédemment défini et la discontinuité de ténacité a été remplacé par un défaut. On montre que le décollement du film est brutal à travers le défaut, redevient stable en sortie de défaut et converge (lorsque la vitesse du chargement tend vers zéro) vers une courbe limite que l'on nomme "couche limite". Ensuite après un temps suffisamment long, la couche limite regagne la solution quasi-statique. Nous avons montré que cette couche limite peut s'interpréter d'un point de vue énergétique par un mécanisme de relaxation de l'énergie cinétique. Différentes interprétations de ce phénomène en statique et en dynamique sont présentées et en paticulier des ténacités apparentes sont introduites. Dans un quatrième temps nous nous sommes intéressés à l'influence d'un milieu contenant une infinité de défauts. Le même modèle de film est utilisé avec une infinité de défauts. Différentes solutions quasi-statiques sont présentées, en particulier la solution métastable et celle obtenue avec une approche de type minimum global de l'énergie. En dynamique deux approches différentes sont étudiées: une première qui permet de construire la solution limite (lorsque la vitesse du chargement tend vers zéro) et une seconde plus directe et qui consiste à prendre en compte toutes les ondes. Pour la seconde méthode, un passage à la limite (vitesse de chargement) sera effectué de façon numérique. Au final on obtient que lorsque la taille des défauts tend vers zéro et que le chargement devient quasi-statique alors une ténacité équivalente du milieu apparait.
Author: Mohammed Attigui Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 157
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LES STRUCTURES DE GENIE CIVIL SONT ASSUJETTIES A DES RUPTURES DYNAMIQUES ET L'EFFET DE L'INERTIE NE PEUT ETRE NEGLIGE. POUR L'ANALYSE D'UN PROBLEME DE RUPTURE, IL EST FONDAMENTAL DE COMPRENDRE LES PHENOMENES D'AMORCAGE, DE PROPAGATION ET D'ARRET DE FISSURES. DES DEVELOPPEMENTS THEORIQUES ET NUMERIQUES DES INTEGRALES INVARIANTES EN RUPTURE DYNAMIQUE BASES SUR UNE GENERALISATION DE L'INTEGRALE DE DESTUYNDER G-THETA SONT PRESENTES. DANS LE CAS PLUS GENERAL DE MODE MIXTE, NOUS AVONS PROPOSE UNE NOUVELLE METHODE DE DECOUPLAGE. L'INTEGRALE M EST UNE LOI DE CONSERVATION BILINEAIRE. LES AVANTAGES DU CHAMP THETA NOUS ONT AMENE A DEVELOPPER L'INTEGRALE M-THETA. L'OBJECTIF PRINCIPAL DE CETTE NOUVELLE METHODE EST LA SEPARATION DES MODES DE RUPTURE. LES RESULTATS DE NOTRE METHODE COMPARES A CEUX D'AUTRES METHODES DE LA LITTERATURE S'AVERENT TRES CONVAINQUANTS. L'ETUDE DE LA PROPAGATION DE FISSURE NECESSITE LA PRISE EN COMPTE D'UNE VITESSE DE PROPAGATION, LES CRITERES ASSOCIES ET LA MESURE DE LA TENACITE DYNAMIQUE. LA TENACITE DEFINIT LA VALEUR CRITIQUE DU FACTEUR D'INTENSITE DE CONTRAINTES QUI DEPEND DE LA VITESSE DE PROPAGATION DE LA FISSURE. LA LIMITE DES SOLUTIONS ANALYTIQUES ET LA DIFFICULTE DES ESSAIS EXPERIMENTAUX ONT PERMIT UNE ORIENTATION VERS DES METHODES NUMERIQUES. L'OBJECTIF DE CE TRAVAIL EST LA SIMULATION DE LA PROPAGATION ET DE L'ARRET DE FISSURES AVEC DES APPROCHES ENERGETIQUES. UN ALGORITHME EST PROPOSE POUR LA MODELISATION DE PROPAGATION DE LA FISSURE BASEE SUR L'EQUILIBRE ENERGETIQUE DU SYSTEME. EN EFFET, IL EST POSSIBLE DE QUANTIFIER L'ENERGIE NECESSAIRE A L'EXTENSION DE LA FISSURE. NOTRE APPROCHE NUMERIQUE EST VALIDEE PAR UNE COMPARAISON AVEC DES RESULTATS EXPERIMENTAUX. NOUS AVONS IMPLANTE CES METHODES DANS LE CODE DE CALCUL CASTEM 2000 DU C.E.A. PLUSIEURS APPLICATIONS NUMERIQUES SONT MONTREES POUR METTRE EN EVIDENCE LE COMPORTEMENT NUMERIQUE DE CES METHODES ET LA POSSIBILITE D'IDENTIFICATION DES FACTEURS D'INTENSITE DE CONTRAINTES D'UNE FISSURE EN PROPAGATION.
Author: RECHONaman Publisher: Lavoisier ISBN: 2746288052 Category : Languages : en Pages : 306
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Les objectifs de la mécanique de la rupture sont double, d'une part ils concernent la description des champs mécaniques au voisinage de la pointe de la fissure et les énergies qui leur sont associées et d'autre part, ils traitent de l'évaluation de la nocivité d'une fissure en terme de la propagation de celle-ci. Deux champs d'étude constituent la structure de cet ouvrage, l'un relatif à la modélisation de la singularité induite par la pointe d'une fissure qui est relatée dans le premier tome intitulé : Modélisation des champs mécaniques en pointe de fissure et des singularités. Après un premier volume intitulé "Mécanique de la rupture par fissuration", ce deuxième tome traite des critères de propagation et de bifurcation de fissure en milieu élastique et élastoplastique sous des chargements monotones (Rupture fragile) et dynamique (Rupture par Fatigue). Les solutions analytiques obtenues ne peuvent pas être utilisées dans les structures à géométrie et conditions aux limites variées, alors il sera nécessaire de faire appel aux méthodes d'analyse numérique et plus particulièrement à la méthode des éléments finis. Deux chapitres abordent ces applications numériques : l'un, en tome I, relatif à l'introduction au calcul par éléments finis des structures fissurées et l'autre, dans le tome II traitant de la prévision de la rupture par fissuration des éléments de structures métalliques soumises à la fatigue.
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Nous proposons des méthodes d'analyse afin de caractériser les matériaux vis a vis de la propagation dynamique de fissure en rupture fragile. ainsi, nous avons développe un modèle unidimensionnel pour déterminer les premières conditions favorables ou défavorables a la propagation. puis une méthode hybride a été mise au point permettant de rechercher des critères. elle associe une simulation numérique bidimensionnelle et un dispositif expérimental. son application au pmma a mis en évidence les effets de la structure et de la vitesse de la fissure sur la réponse. l'approche unidimensionnelle consiste a analyser un système de poutre type double cantiler beam constitue d'un matériau élastique, linéaire et homogène. le développement analytique permet de définir des critères de propagation. une dépendance vis a vis de l'histoire du chargement et de celle de la fissure (position et vitesse) a été mise en évidence. la résolution numérique des équations ainsi obtenues montre que la fissure est freinée voire même arrêtée par l'arrivée d'un front d'onde de réflexion sur la pointe de fissure. la partie expérimentale est réalisée sur un système de barres d'hopkinson synchronise avec un système de photographie rapide qui donne l'évolution de la fissure. deux géométries spécifiques de l'éprouvette (plaque avec un coin et plaque trouée) sont étudiées. les résultats sont en concordance avec le modèle numérique en mettant bien en évidence l'arrêt de la propagation a l'arrivée d'un front d'onde puis son redémarrage. des vitesses de propagation de fissure jusqu'a 350 m/s sont observées. le passage des équations de l'elastodynamique linéaire au cas bidimensionnel se fait par l'utilisation d'un modèle numérique par éléments finis. une méthode de relâchement progressif des nuds a été mise au point pour simuler la propagation de fissure. les résultats confrontes a l'expérimental confirment l'importance du critère qui ne peut pas être une constante.
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LA TENUE DES MOTEURS D'AVIONS PASSE DE PLUS EN PLUS PAR LES ANALYSES DE DUREES DE VIE SOUS SOLLICITATIONS DE SERVICE, FAISANT INTERVENIR, EN PARTICULIER, LES PHENOMENES DUS AUX TEMPERATURES ELEVEES. UNE NOUVELLE LOI DE PROPAGATION DES FISSURES EST ELABOREE, AVEC POUR OBJECTIF LES ANALYSES SYSTEMATIQUES DES DISQUES DE TURBINE. ELLE EST DETERMINEE ET UTILISEE SUR UN ALLIAGE POUR DISQUES, L'ASTROLOY (METALLURGIE DES POUDRES), A 650C. CETTE LOI A CARACTERE PHENOMENOLOGIQUE EST CONSTRUITE EN CHERCHANT A RENDRE COHERENTES DES OBSERVATIONS DE NATURES DIFFERENTES (EXPERIMENTALE, NUMERIQUE ET PHYSIQUE). EN PARTICULIER, ELLE S'APPUIE SUR: 1) UN VASTE PROGRAMME EXPERIMENTAL, MENE EN CONCERTATION ENTRE L'ONERA, L'ENSMP ET LA SNECMA, QUI A PERMIS, ENTRE AUTRES, DE METTRE EN EVIDENCE LES EFFETS DES TEMPS DE MAINTIEN A HAUTE TEMPERATURE, 2) UN ENSEMBLE DE SIMULATIONS NUMERIQUES MENEES EN VISCOPLASTICITE CYCLIQUE AVEC UN CODE D'ELEMENTS FINIS. LES PHENOMENES D'OUVERTURE-FERMETURE ET DE REDISTRIBUTIONS DE CONTRAINTES SONT ETUDIES EN DETAIL EN FONCTION DE LA PROPAGATION DE LA FISSURE (METHODE DE RELACHEMENT DES NUDS), 3) DES OBSERVATIONS FAITES PAR AILLEURS SUR LES CINETIQUES D'OXYDATION ET LEUR INFLUENCE SUR LA FRAGILISATION DU MATERIAU. UN MODELE DE PROPAGATION EST AINSI ELABORE DANS LE CADRE DE LA MECANIQUE LINEAIRE DE LA RUPTURE, EN COMBINANT PROPAGATION PAR FATIGUE ET PAR FLUAGE, EFFET MECANIQUE DE RELAXATION DU SEUIL DE NON-PROPAGATION ET EFFET DE FRAGILISATION PAR OXYDATION EN TETE DE FISSURE. IL PERMET DE TRADUIRE FIDELEMENT LA PROPAGATION SOUS DES CYCLES DE CHARGEMENT DE FORME COMPLEXE, FAISANT INTERVENIR DES PHASES DE MAINTIEN AU COURS DES TRANSITOIRES DE DECHARGE
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Assurer l’intégrité des structures et composants industriels de grande taille passe par la considération de la présence de défauts et par la détermination des conditions d’amorçage, de propagation et d’arrêt des fissures dues à la présence de ces défauts. Notre étude est motivée par la prédiction de la propagation quasi-statique et dynamique de fissures dans les composants industriels de grande taille. Il s’agit d’étudier l’extension instable de ces fissures lorsqu’elles s’amorcent dans des zones locales fragiles. Le phénomène dit de « pop-in » peut alors être observé. Au cours de cette étude, nous analysons le phénomène du pop-in en développant une approche numérique appropriée. La fissuration est modélisée par la théorie de la zone cohésive. Dans notre étude, nous avons choisi d’utiliser des éléments finis d’interface pour représenter les fissures. Ces éléments sont développés dans un code éléments finis orienté objets. Le comportement mécanique de ces éléments d’interface est régi par une loi de comportement cohésive adoucissante développée pour évaluer l’endommagement et la rupture des matériaux étudiés. Le développement de la loi de comportement cohésive a nécessité la mise en place de solveurs statiques et dynamiques non-linéaire appropriés et efficaces, basés sur la méthode de Newton modifiée et sur la méthode de Galerkin discontinue en temps. Le développement de ces outils numériques a été testé et validé par des calculs numériques sur éprouvettes CT. Enfin, l’application sur une structure de grande taille, des différents outils numériques développés et validés sur des éprouvettes d’essai, est présentée.
Author: David Haboussa Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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Dans un contexte de vulnérabilité militaire des sous-marins, les ingénieurs et chercheurs doivent être capables de prédire le comportement des structures fissurées. Ainsi, la modélisation de la transition des changements de modes de propagation de fissure (cisaillement-traction et inversement) des métaux sous sollicitations extrêmes devient un outil incontournable ou essentiel. Des critères tridimensionnels de direction de propagation de fissure développés pour une rupture par cisaillement ou par ouverture sont exposés. Des formules de direction de propagation semi-analytiques et analytiques, fonctions des facteurs d'intensité des contraintes et du coefficient de Poisson, sont ainsi proposées. L'interprétation de ces formules laisse envisager la prise en compte des effets tridimensionnels dans de futures simulations 3D de propagation de fissure. Une étude du problème en deux dimensions est également développée, proposant une formule analytique du critère en cisaillement. De plus un algorithme automatique de transition cisaillement-traction a été implémenté dans le code de calcul de dynamique explicite Europlexus, développé par le CEA. Une méthodologie d'identification des paramètres du modèle pour un matériau donné et pour un cas quasi-statique a été proposée. Confronté à l'interprétation de deux expériences connues de propagation dynamique (expériences de Kalthoff et de Ravichandran), le modèle proposé a montré sa pertinence. De plus, afin de mieux connaître le comportement à rupture de l'acier à Haute Limite Élastique Soudable, deux études expérimentales dédiées au suivi de la propagation dynamique d'un front de fissure ont été développées et validées sur des essais de rupture sous chargement quasi-statique et dynamique de type choc. Cette étude expérimentale a permis d'observer que les branchements de fissures, relevés sur les essais sous chargement quasi-statique, n'apparaissent plus sous chargement dynamique et pour des sollicitations en mode I pur. Les méthodes théoriques et numériques développées dans ces travaux de thèse permettent donc de simuler, automatiquement et avec un unique modèle, les changements de modes de rupture au cours d'une propagation dynamique de fissure. De plus, les protocoles expérimentaux exposés dans ce manuscrit permettent d'appréhender les phénomènes de transition cisaillement-traction en soulevant l'importance de la vitesse de sollicitation et du mode de sollicitation de l'essai.
Author: Pierre-Emmanuel Dumouchel
Author: Pierre-Emmanuel Dumouchel
Author: Mohammed Attigui
Author: RECHONaman
Author: Yann Tamim Carin
Author: Romains Pelée de Saint Maurice
Author: Jean-Bernard Dubois (titulaire d'un DEA Sciences)
Author: 
Author: PASCAL.. PRIGENT
Author: Haithem Adouani
Author: David Haboussa