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MĂ©canique de la rupture

La mĂ©canique de la rupture Ă©tudie la croissance des fissures, leur propagation et l’arrĂȘt des fissures dans le composant ou le matĂ©riau sous conditions de fonctionnement (fonctionnement, durĂ©e de vie, ...).Les grandeurs caractĂ©ristiques dĂ©terminĂ©es sous prise en compte de la fonction contrainte-temps, influencent la conception et la fabrication d'un composant.

La mĂ©canique de la rupture joue un rĂŽle majeur dans de nombreux secteurs d’activitĂ© tels que l’industrie aĂ©ronautique ou l'ingĂ©nierie automobile.GrĂące Ă  une estimation plus prĂ©cise de la durĂ©e de vie ou de service des composants fissurĂ©s, les intervalles d'inspection et de maintenance peuvent ĂȘtre dĂ©terminĂ©s de maniĂšre ciblĂ©e.

 

Concept de la mécanique de la rupture

On distingue deux concepts, la Mécanique élastique linéaire de la rupture et la Mécanique de la rupture par écoulement.

Dans la mĂ©canique Ă©lastique linĂ©aire de la rupture (adaptĂ©e aux matĂ©riaux fragiles) le matĂ©riau se comporte de maniĂšre Ă©lastique linĂ©aire jusqu'Ă  la rupture sans dĂ©formation (propagation instable de la fissure).Le K1C, qui dĂ©crit l’intensitĂ© de contrainte (K) critique (C) pour le mode d'ouverture de fissure 1, est une grandeur caractĂ©ristique de la mĂ©canique Ă©lastique linĂ©aire.

Lorsque le matĂ©riau se rompt de maniĂšre ductile, c'est-Ă -dire avec une dĂ©formation plastique autour de la pointe de fissure, on utilise, en revanche, le concept de mĂ©canique de la rupture par Ă©coulement.Deux dĂ©finitions sont proposĂ©es, l'une est la dĂ©termination des valeurs caractĂ©ristiques via l'Ă©nergie stockĂ©e dans l'environnement de la pointe de fissure (concept intĂ©grale J), l'autre est l’écartement de la pointe de fissure (CTOD „crack tip opening displacement“).

 

Principales normes sur la mécanique de la rupture

  • ASTM E399-09 - Standard Test Method for Linear-Elastic Plane-Strain Fracture Toughness K1C of Metallic Materials
  • ASTM E647 – Standard Test Method for Measurement of Fatigue crack growth rates (da/dN)
  • ASTM E1820-11 – Standard Test Method for Measurement of Fracture Toughness (metals)
  • ISO 12135 - MĂ©thode unifiĂ©e d'essai pour la dĂ©termination de la tĂ©nacitĂ© quasi statique

 

Propagation des fissures dans les composants métalliques

Les dĂ©fauts liĂ©s Ă  la fabrication dans le composant ou sur la surface du composant constituent des noyaux de fissures qui favorisent la formation de fissures sous charge.Ces dĂ©fauts peuvent devenir une fissure, c'est-Ă -dire un dommage matĂ©riel macroscopique qui peut ĂȘtre techniquement dĂ©tectĂ©.On parle alors de phase d’initiation de la fissure.

Dans la phase de propagation de fissure suivante, la fissure se poursuit dans le composant jusqu'à ce que l'intensité de la contrainte K devant la pointe de la fissure dépasse une valeur critique et que le composant cÚde brusquement.

Les fissures se propagent dans des composants soumis Ă  des charges monotones ou cycliques, de maniĂšre stable (Ă©tat prĂ©-critique) ou instable (Ă©tat critique).Pour les matĂ©riaux fragiles, une quantitĂ© de charge critique K1C , dont la dĂ©termination est dĂ©crite par l’ASTM E399, peut ĂȘtre spĂ©cifiĂ©e.Lorsque l'intensitĂ© de la contrainte K de la fissure en croissance passe en dessous du K1C, la fissure se propage de maniĂšre stable et peut ĂȘtre arrĂȘtĂ©e Ă  tout moment (fissure dĂ©chargĂ©e).Lorsque la valeur K1C est dĂ©passĂ©e, la croissance de la fissure devient instable et le composant cĂšde brusquement.

La courbe de croissance des fissures se subdivise en trois plages:

  • Plage I:Valeur de seuil ΔKth
  • Plage II:Croissance des fissures de fatigue da/dN
  • Plage III:Facteur d’intensitĂ© de contrainte critique K1C (rĂ©sistance aux fissures)

 

Formes éprouvette de la mécanique de la rupture

 

DiffĂ©rentes formes d’éprouvette sont utilisĂ©es en mĂ©canique de la rupture.Celles-ci sont choisies en fonction de la norme et du matĂ©riau Ă  tester.Les formes Ă©prouvette standardisĂ©es dĂ©crites par la norme garantissent des rĂ©sultats d’essai comparables.

 

Éprouvette C(T)

La principale forme Ă©prouvette utilisĂ©e dans la mĂ©canique de la rupture est l’éprouvette Compact Tension.Celle-ci est utilisĂ©e pour l’essai conformĂ©ment Ă  ASTM E399 / E647.

Les formes Ă©prouvettes suivantes sont Ă©galement rĂ©pertoriĂ©es par les normes.Elles sont choisies en fonction du secteur d’activitĂ© et des matiĂšres premiĂšres disponibles:

  • Éprouvette M(T) Éprouvette Middle tension pour essai conformĂ©ment Ă  ASTM E647
  • Éprouvette ESE(T) Éprouvette Eccentrically loaded single edge crack tension – Éprouvette pour essai conformĂ©ment Ă  ASTM E647
  • Éprouvette SE(B) Éprouvette Single edge bend pour essai conformĂ©ment Ă  ASTM E399
  • Éprouvette DC(T) Éprouvette Disc-Shaped Compact Tension pour essai conformĂ©ment Ă  ASTM E399
  • Éprouvette A(T) Éprouvette Arc-Shaped tension pour essai conformĂ©ment Ă  ASTM E399
  • Éprouvette A(B) Éprouvette Arc-Shaped bend pour essai conformĂ©ment Ă  ASTM E399

 

Plus d'informations sur la mécanique de la rupture

Machine d’essai pour la dĂ©termination de la mĂ©canique de la rupture

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