Comportement à la rupture des matériaux fragiles sous sollicitations dynamiques PDF Download
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Cette thèse est une contribution à l'étude du comportement à la rupture, à grande vitesse de déformation, d'un matériau fragile : le VERRE. Au cours de ce travail, où nous avons procédé à l'examen des mécanismes de rupture du verre float, deux volets ont été abordés : Mécanique de la Rupture sous Entaille : le couplage des méthodes expérimentales et numériques spécifiques a permis, à partir d'une analyse volumétrique du processus de rupture fragile, d'établir l'influence du gradient de contraintes en fond d'entaille et de déterminer le Facteur d'Intensité de Contrainte Entaille en mode I (mode d'ouverture). La prise en compte de l'effet d'inertie due aux solicitations dynamiques est faite par un modèle de type ORYNIACK. Endommagement et Ecaillage par Impact de Barre : l'écaillage par impact de barres provoqué par une superposition d'ondes de détentes, est un phénomène de nucléation et de croissance d'une zone endommagée à l'échelle microscopique. L'endommagement étant généralement défini par des approches classiques de type KACHANOV, nous proposons une formulation simple ayant des bases physiques. Les paramètres de ce nouveau modèle d'endommagements sont déterminés à partir de résultats expérimentaux et vérifiés par simulation numérique par la méthode des éléments finis
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Cette thèse est une contribution à l'étude du comportement à la rupture, à grande vitesse de déformation, d'un matériau fragile : le VERRE. Au cours de ce travail, où nous avons procédé à l'examen des mécanismes de rupture du verre float, deux volets ont été abordés : Mécanique de la Rupture sous Entaille : le couplage des méthodes expérimentales et numériques spécifiques a permis, à partir d'une analyse volumétrique du processus de rupture fragile, d'établir l'influence du gradient de contraintes en fond d'entaille et de déterminer le Facteur d'Intensité de Contrainte Entaille en mode I (mode d'ouverture). La prise en compte de l'effet d'inertie due aux solicitations dynamiques est faite par un modèle de type ORYNIACK. Endommagement et Ecaillage par Impact de Barre : l'écaillage par impact de barres provoqué par une superposition d'ondes de détentes, est un phénomène de nucléation et de croissance d'une zone endommagée à l'échelle microscopique. L'endommagement étant généralement défini par des approches classiques de type KACHANOV, nous proposons une formulation simple ayant des bases physiques. Les paramètres de ce nouveau modèle d'endommagements sont déterminés à partir de résultats expérimentaux et vérifiés par simulation numérique par la méthode des éléments finis
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NOUS CHERCHONS A COMPRENDRE LE COMPORTEMENT MECANIQUE SOUS SOLLICITATIONS DYNAMIQUES DE DEUX MATERIAUX FRAGILES : UN DIBORURE DE TITANE (TIB#2) ET UNE NUANCE DE TUNGSTENE. NOUS ETUDIONS L'EVOLUTION DE LA TRANSITION FRAGILE DUCTILE D'UN TUNGSTENE FRITTE ET FORGE. POUR CELA, NOUS ANALYSONS LES RESULTATS ISSUS D'ESSAIS DE TRACTION, COMPRESSION ET FLEXION QUASI STATIQUES, AINSI QUE CEUX OBTENUS A L'AIDE DE DEUX DISPOSITIFS DE BARRES DE HOPKINSON (COMPRESSION ET FLEXION) ET D'UN MOUTON CHARPY. CETTE TRANSITION FRAGILE DUCTILE DEPEND DE PARAMETRES LIES AU MATERIAU D'UNE PART (IMPURETES INTERSTITIELLES COMME L'OXYGENE OU L'HYDROGENE, LA TEXTURE...), ET DES CONDITIONS DE CHARGEMENT D'AUTRE PART (, TENSEUR DES CONTRAINTES...). LA TEMPERATURE DE TRANSITION FRAGILE DUCTILE PEUT AINSI VARIER DE MOINS DE 20C A PLUS DE 600C SUIVANT LES CONDITIONS DE CHARGEMENT. EN CE QUI CONCERNE LE DIBORURE DE TITANE, NOUS ETUDIONS SON COMPORTEMENT A RUPTURE EN COMPRESSION UNIAXIALE. APRES UN DEVELOPPEMENT ADAPTE A CE TYPE DE MATERIAU DU DISPOSITIF CLASSIQUE DE BARRES DE HOPKINSON, NOUS MONTRONS QUE LA CONTRAINTE A RUPTURE DU TIB#2 (#R=4.3 GPA) EST PEU DEPENDANTE DE LA VITESSE DE DEFORMATION ; NOUS POUVONS AINSI JUSTIFIER L'UTILISATION D'UNE FORMULATION DE TYPE SAMMIS ET ASHBY POUR MODELISER ET DONC PREVOIR LA CONTRAINTE A RUPTURE DE CE TYPE DE MATERIAU. PAR CONTRE LA FRAGMENTATION EST INFLUENCEE PAR LA VITESSE DE SOLLICITATION. NOUS MONTRONS QUE LA DISTRIBUTION DES FRAGMENTS SUIT UNE LOI DE MOTT IDENTIFIEE PAR LA SEULE DONNEE DU NOMBRE DE FRAGMENTS CREES.
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L'oobjet de cet ouvrage est de fournir une vision globale des phénomènes responsables de la ruine de matériaux de structure ; en acquérant une connaissance concrète des mécanismes de rupture, le lecteur pourra développer une capacité à prévenir les défaillances et, en cas de rupture en service, déterminer et combattre les causes de ruine. L'ouvrage aborde les points suivant : les moyens utilisés pour examiner les ruptures ; les phénomènes générateurs des défauts dans les structures et les concepts mécaniques permettant de quantifier les sollicitations locales qu'ils induisent (mécanique de la rupture) ; les mécanismes physiques qui conduisent à la rupture d'une pièce donnée : rupture théorique, rupture ductile, clivage, déchirement, fatigue et effets d'environnement : corrosion sous contrainte, fatigue par corrosion, fragilisation par l'hydrogène, fluage... Les matériaux considérés sont principalement des métaux et alliages métalliques, ainsi que les céramiques, verres ou polymères ; les conduites à tenir en présence de défauts, les méthodes de calculs de durée de vie et la prévention. Privilégiant un souci constant de détailler les implications concrètes en les illustrant par des cas réels, réduisant au minimum les développements mathématiques pour favoriser la présentation qualitative des phénomènes, La rupture des matériaux se veut un ouvrage pédagogique et opérationnel. Il est principalement destiné à des étudiants ou des ingénieurs dé â familiarisés avec la science des matériaux et qui voudraient approfondir Les phénomènes spécifiques conduisant aux ruptures.
Author: Anna Marina Pandolfi Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 156
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In the framework of finite element discretization, cracks are modelled explicitly as a pair of surfaces breaking the continuity of the body, and the inelastic behaviors exhibited by the are described globally through cohesive laws derived from a sound thermodynamic background. The approach pursued here allows the cohesive surfaces to develop along boundary surfaces of solid elements. An automatic procedure able to modify adaptively geometry and topology of a solid mesh has been developed. Although such choice may reduce the possibility to describe accurately the crack path, since the crack segments are intrinsically dependent on the initial mesh size, the procedure has been validated through the simulation of a number of dynamic fracture experiments. Applications to dynamic fracture of classic brittle materials, ductile materials, polymers and composites, and biological tissues proved that the methodology is reliable and highly predictive. The presence of a characteristic time scale confers to cohesive models combined with dynamics an intrinsic rate-dependence without the need of modelling viscosity explicitly. As closing part of this work, we propose an innovative material model based on cohesive theories. We directly construct special micro-structures by distributing equi-spaced cohesive surfaces in a continuum material. The model accounts for elasticity of the bulk, nucleation of faults and cohesive and frictional behavior. Micro-structures can the material with several length scales. Such material model is suitable to describe the dynamic behavior up to failure of brittle materials, undergoing compressive loading
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Dans cette thèse, la modélisation de l'endommagement et de la rupture dynamique des matériaux quasi-fragiles est proposée en utilisant une approche double-échelle basée sur la méthode d'homogénéisation asymptotique. Des lois d'endommagement dynamique sont établies et des simulations numériques du comportement associé sont effectuées dans les cas de sollicitations correspondants aux trois modes classiques de la Mécanique de la Rupture. Le premier modèle d'endommagement dynamique est proposé pour le chargement en mode de cisaillement antiplan (mode III). La loi d'endommagement est déduite à partir d'un critère énergétique de type Griffith décrivant la propagation des microfissures, en utilisant la méthode de changement d'échelle basée sur des développements asymptotiques. Une étude locale de la réponse macroscopique prédite par ce nouveau modèle est faite pour mettre en évidence l'influence des paramètres, comme la taille de la microstructure et la vitesse de chargement, sur l'évolution de l'endommagement. Les résultats des simulations macroscopiques de rupture dynamique et les instabilités de branchement associées sont présentés et comparés à ceux des observations expérimentales. Le modèle est implémenté dans un code Éléments finis/Différences finies en utilisant le logiciel de calcul Matlab. Des simulations numériques de rupture rapide en mode d'ouverture (mode I) en utilisant une loi d'endommagement dynamique sont ensuite présentées. Le modèle utilisé pour ces simulations, est déduit à partir d'un critère microscopique de type Griffith en mode I en utilisant la méthode d'homogénéisation asymptotique. La loi d'endommagement obtenue est sensible à la vitesse de chargement qui influence le mode de rupture macroscopique. Des simulations numériques sont effectuées afin d'identifier les prédictions du modèle et les résultats obtenus sont comparés aux résultats expérimentaux. Différents tests, comme ceux de traction directe et de l'échantillon en forme de L pour les bétons, les essais d'impact sur des échantillons CCS en PMMA et le test d'impact de Kalthoff pour des roches calcaires sont reproduits numériquement. Ces simulations montrent que la vitesse de chargement détermine essentiellement la trajectoire de rupture macroscopique et la formation des branches associées, en accord avec les résultats expérimentaux. La loi a été implémentée dans le code d'éléments finis Abaqus/Explicit via une sub-routine VUMAT. Un troisième modèle d'endommagement est obtenu pour le mode de cisaillement plan (Mode II) par une démarche de modélisation double-échelle similaire à celle utilisée dans les deux premiers modèles, en tenant compte du contact unilatéral avec frottement sur les lèvres des microfissures. Une étude locale concernant l'effet du chargement de compression et du coefficient du frottement sur les fissures est faite. L'influence des paramètres comme la taille de la microstructure et la vitesse de déformation sur l'évolution de l'endommagement sont étudiés. Ces études sont complétées par des simulations des essais de rupture/frottement sur des échantillons en PMMA en utilisant le logiciel Abaqus/Explicit.
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AU COURS DE CE TRAVAIL, NOUS AVONS PROCEDE A L'EXAMEN DES MECANISMES DE RUPTURE INITIES A PARTIR D'ENTAILLE SOUS SOLLICITATIONS DYNAMIQUES. DEUX TYPES DE RUPTURES ONT ETE EXAMINES: LA RUPTURE FRAGILE SUR UN VERRE ET UN ALLIAGE DE MOLYBDENE TZM, ET LA RUPTURE DUCTILE SUR UN ACIER XC18. NOTRE TRAVAIL A MONTRE L'INTERET D'UTILISER DES EPROUVETTES ENTAILLEES PREFERENTIELLEMENT AUX EPROUVETTES FISSUREES ET LE BIEN FONDE D'UNE APPROCHE EN TERME DE FACTEUR D'INTENSITE DE CONTRAINTES D'ENTAILLES. IL A ETE CONSTATE QUE LES MECANISMES DE RUPTURE SONT IDENTIQUES SOUS CHARGEMENT STATIQUE ET DYNAMIQUE. TOUTEFOIS, NOUS AVONS REMARQUE UNE AUGMENTATION DE LA DISPERSION DES RESULTATS QUE CE SOIT EN RUPTURE FRAGILE OU EN RUPTURE DUCTILE. CETTE AUGMENTATION DE LA DISPERSION TIRE SON EXPLICATION DE LA MULTIACTIVATION DES DEFAUTS. NOUS AVONS PARTICULIEREMENT MIS EN EVIDENCE CE POINT EN RUPTURE DUCTILE PAR OBSERVATION DU NOMBRE DE CUPULES PAR UNITE DE SURFACE. NOUS AVONS DEVELOPPE POUR TRAITER CE PROBLEME UNE APPROCHE MICROSTATISTIQUE. DEUX POSSIBILITES AUX DEPARTS: LE NOMBRE DE DEFAUTS ACTIVES EST INCONNU ET UN MODELE MICROSTATISTIQUE PERMET D'EN CONNAITRE LE NOMBRE PAR UNITE DE VOLUME A PARTIR DES RESULTATS PHENOMENOLOGIQUES, LE NOMBRE DE DEFAUTS ACTIVES EST OBTENU EXPERIMENTALEMENT ET LA MODELISATION MICROSTATISTIQUE PERMET DE PREVOIR LES RESULTATS PHENOMENOLOGIQUES, APPROCHE QUE NOUS AVONS SUIVI DANS LE CAS DE LA RUPTURE DUCTILE. CES DEUX APPROCHES BIEN QU'ENCORE RUDIMENTAIRES NOUS ONT DONNE DES RESULTATS PROMETTEURS
Author: Aimé-Claude Nyoungue
Author: Aimé-Claude Nyoungue
Author: MARIELLE.. LAMAISON
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Author: Clément Lemaignan
Author: Omar Cherti-Tazi
Author: Anna Marina Pandolfi
Author: Megbeme Komla Atiezo
Author: HASSAN.. GOUAIR
Author: DYMAT (1, 1985, Paris)