Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Rupture par fissuration“

La description du comportement du béton sous chargements dynamiques (explosions, collisions, séismes…) fait actuellement l’objet de nombreux travaux de recherches. Bien que la modélisation reste complexe pour ce matériau à cause de la présence simultanée de plusieurs phénomènes (l’endommagement, les effets d’inertie et de viscosité, la fissuration…), un bon nombre d’approches ont été proposé en associant ces phénomènes (endommagement (Pedersen et al., Eng. Fract. Mech. 75, 3782 (2008) [1]), viscosité (Bazant et al., J. Eng. Mech. ASCE 126(9), 971 (2000a); Bazant et al., J. Eng. Mech. ASCE 126(9), 962 (2000b) [2,3])…, effet d’inertie (Reinhardt & Weerheijm, Int. J. Fract. 51, 31 (1991) [4])). Avec une loi d’endommagement, ce travail formule une description du comportement dynamique du béton en traction et en compression. Fondée sur des concepts physiques (la rigidité non linéaire endommageable associée à la déformation, la viscosité, l’inertie associée à l’accélération et la rupture par résonance), cette loi décrit l’évolution de ces différents effets intervenants lors d’un chargement dynamique du matériau. Enfin, sous la lumière des résultats, l’article propose une interprétation physique à la rupture par écaillage qui apparaît dans le béton surtout sous des charges impulsionnelles en traction (un plan de rupture droit, qui passe parfois à travers les granulats).

Introduction. Les anévrismes de la crosse aortique distale sont plus rares que ceux de l’aorte ascendante. Ils sont le plus souvent découverts à l'occasion d'une radiographie pulmonaire effectuée systématiquement ou pour une autre pathologie. Plus rarement, c'est une complication qui le révèle : soit compression, soit fissuration ou rupture. Le scanner et l'imagerie par résonance magnétique sont les examens de choix dans le diagnostic des anévrismes de la crosse aortique. Le traitement est chirurgical. Le but de ce travail est de monter un cas d’anévrisme de la crosse aortique distale englobant l’origine de l’artère sous clavière. Observation. Nous rapportons l’observation d’un patient âgé de 50 ans sans antécédents hospitalisé dans notre service à la suite de découvert fortuite lors d’un bilan d’une dysphonie d’un anévrisme de la crosse aortique. Préopératoire : Il était au stade II de la NYHA présentant une dysphonie depuis quelques mois. Radiographie pulmonaire : ICT à 0 ,60. ECG : RRS. Échocardiographie : Anévrisme de la drosse distale, insuffisance aortique grade II à valve souple. Per opératoire : Volumineux anévrisme de la crosse aortique distale prenant l’origine de l’artère sous clavière gauche. Angio-TDM thoracique : Anévrisme de la crosse 82/72 mm. Coronarographie : Fistule coronaro- auriculaire gauche. Le geste : Mise à plat de l’anévrisme, rétablissement de la continuité aortique par un tube en Dacron numéro 28 implanté en terminoterminale en hypothermie profonde et arrêt circulatoire et réimplantation de l’artère sous clavière dans la prothèse par l’intermédiaire d’un tube en dacron numéro 10. Les suites post opératoires étaient défavorables avec décès du patient en J 3 par défaillance circulatoire. Conclusion. Les anévrismes de la crosse aortique sont rares, d’étiologies diverses et posent des problèmes de technique chirurgicale très spécifiques. L’abord chirurgical de la crosse est très difficile.

Les contraintes que le gel développe dans une roche poreuse humide sont de deux espèces : 1) des contraintes d’origine thermique intrinsèquement en régime transitoire; 2) des contraintes dues au gonflement de l’eau humectant la roche lors de l’engel. Ce sont ces contraintes que nous étudions ici à partir d’un modèle mathématique simple : une sphère creuse à l’intérieur de laquelle se développe une pression pi. Lamé (1852) a donné l’équation des contraintes qui apparaissent en un point quelconque de la masse solide en fonction de pi. Par ailleurs, les théories de l’élasticité permettent de déterminer la pression Peq qui se développe dans la cavité au moment de l’engel. Connaissant cette pression, la répartition des contraintes qu’elle provoque dans la matière et la résistance de la roche, on peut déterminer s’il y a ou non fissuration ou éclatement de la roche sphérique. En étendant ce principe aux roches poreuses, il est possible de déterminer un taux critique de porosité au-dessus duquel le gel conduit à la rupture. Mais dans les roches, il faut tenir compte du fait que les canalicules du réseau de porosité débouchant à l’extérieur, il y a extrusion de la glace au moment de l’engel. D’autre part, les roches de la couche superficielle de l’écorce terrestre ayant subi de nombreux cycles de contraintes dues aux variations de température en particulier accusent une certaine fatigue qui diminue leur résistance mécanique.

Ce travail de thèse est consacré à l'étude des phénomènes d'initiation et de propagation d'une fissure dans un matériau bitumineux. À l'aide d'un essai innovant développé au Laboratoire Central des Ponts et Chaussées, on reproduit les conditions d'initiation et de propagation d'une fissure confinée dans un film de bitume. Dans la première partie de ce travail de thèse, on aborde l'approche utilisée pour identifier les propriétés rhéologiques à l'aide du modèle de Maxwell généralisé. La détermination des séries de Prony passe par les méthodes d'optimisation linéaire et non-linéaire pour représenter précisément le module complexe du liant bitumineux dans le domaine fréquentiel. Ce comportement viscoélastique identifié est ensuite validé par l'essai de

Dans ce travail, un nouveau modèle de liaison avec critère de rupture de cisaillement non linéaire est d'abord proposé et mis en œuvre dans PFC pour décrire le comportement mécanique de matériaux granulaires cohésifs isotropes tels que le grès. Un grand nombre de tests de compression ont été effectués sur des échantillons 3D. Les résultats montrent que l'effet de la pression de confinement sur la résistance à la compression et le modèle de rupture est bien décrit par ce modèle de liaison. Les effets du chemin de chargement et de la contrainte principale intermédiaire sur la déformation et la rupture ont également été étudiés. Après avoir étendu les paramètres d'élasticité et de résistance, deux modèles de liaison sont couplés pour caractériser l'anisotropie de la résistance et de la déformation dans les matériaux cohésifs anisotropes tels que les roches sédimentaires. Une série de test de compression avec différents chemin de chargement ont été effectués et les résultats numériques sont en bon accord avec les données expérimentales, en particulier pour les propriétés de réponse élastique et de résistance. La transformation du mode de défaillance entre la couche de faiblesse et la matrice de roche sous différentes pressions de confinement a été bien décrite. De plus, le modèle de liaison proposé a été étendu pour étudier le processus de fracturation hydraulique dans les matériaux cohésifs. Un processus de propagation de fracture hydraulique représentatif a été présenté. Enfin, nous avons développé une méthode de reconstruction dimensionnelle de l'irrégularité de la forme des blocs et étudié ses effets sur les impacts des blocs en utilisant une approche basée sur l'énergie
In this work, a new bond model with nonlinear shear failure criterion is first proposed and implemented in PFC for describing mechanical behavior of isotropic cohesive granular materials such as sandstone. A large number of compression tests have been performed on 3D samples. The results show that the effect of confining pressure on compressive strength and failure pattern is well described by the proposed bond model. Effects of loading path and the intermediate principal stress on deformation and failure have been also investigated. After further extending parameters on elastic and strength, two bond models: the proposed bond model and the improved smooth joint model, are coupled to character the anisotropy of strength and deformation in anisotropic cohesive materials such as sedimentary rocks. A series of conventional triaxial compression tests with different loading paths have been performed and numerical results are in good agreement with experimental data, especially for elastic response and strength properties. The failure mode transformation between weakness layer and rock matrix under different confining pressures has been well described. Furthermore, the proposed bond model has been extended to study hydraulic fracturing process in cohesive materials. A representative hydraulic fracture propagation process has been presented. Influences of different factors, such as confining pressure, fluid viscosity and fluid injection rate, on hydraulic fracture extension have been investigated. Finally, we have developed a dimensional reconstruction method of block shape irregularity and studied its effects on block impacts using an energy based approach

Cette etude a pour objet de comparer les mecanismes de fissuration par fatigue d'un alliage d'aluminium-lithium du type 8090c t851 et le 2024 t351, sous chargements d'amplitude constante et sous spectres representatifs des sollicitations subies par l'intrados d'une aile d'avion. Sous chargement d'amplitude constante, la resistance a la fissuration, a l'air et sous vide, du 8090c t851 est superieure ou egale a celle du 2024 t351. La difference s'amenuise lorsqu'il s'agit d'essais a l'air et a r eleve. Ce comportement est attribue a l'effet de fermeture. Sous chargement d'amplitude variable, la resistance a la fissuration sous vide de l'alliage aluminium-lithium est nettement superieure a celle de l'alliage 2024 alors que, sous air, les vitesses de fissuration sont quasi similaires pour les deux alliages. L'etude des micro-mecanismes permet d'identifier trois mecanismes principaux: 1) un mecanisme appele stade i-like, a caractere cristallographique dominant du a l'activation d'un seul systeme de glissement selon un plan 111, 2) un mecanisme associe a la propagation suivant un plan 100 par activation de glissement selon deux plans 111, 3) le mecanisme associe a l'activation de plusieurs systemes de glissement simultanes (stade ii) avec un plan moyen de fissuration 100. L'analyse quantitative des facies de rupture montre que dans le 8090c t851 le mode de rupture predominant depend des conditions de sollicitation et d'environnement, tandis que dans le 2024 t351, le mecanisme de fissuration predominant est toujours le stade ii. Cette analyse permet d'etablir des modeles de prevision de duree de vie

L'objet de ce travail est d'elaborer un modele numerique, base sur la methode des elements de frontiere, permettant de simuler le role de la fissuration dans les materiaux et les structures heterogenes. Dans la premiere partie, on rappelle tres brievement les bases theoriques de la mecanique de la rupture et des elements de frontiere. On presente ensuite les techniques d'adaptation de la methode numerique a la modelisation des fissures: subdivision du domaine en sous-regions, methode duale et discontinuite des deplacements. La mieux adaptee au code developpe au laboratoire est la premiere technique, basee sur l'introduction d'une interface fictive. Pour le calcul des parametres mecaniques de rupture, nous presentons trois approches qui sont la methode cinematique, la methode de l'element special et la methode de l'integrale de rice. Dans la deuxieme partie, nous developpons une nouvelle formulation pour le calcul des facteurs d'intensite de contraintes, adaptable au processus de generation automatique du maillage. Une strategie est proposee, modifiant seulement le maillage autour de la pointe de fissure. Le code est ensuite valide par plusieurs exemples de reference. La troisieme partie est consacree a l'application du modele dans le traitement de deux types de problemes. Tout d'abord, nous proposons une methodologie pour l'etude de la propagation en presence d'heterogeneites, introduisant une notion de parametre d'influence et montrant l'apport du modele pour etablir une bibliotheque de cas. Les resultats, associes a une loi de fissuration de fatigue du type tanaka et a une procedure apparentee a l'homogeneisation, sont destines a fournir un outil simplifie pour predire la duree de vie d'une structure en materiau heterogene fissure. La deuxieme application exploite la possibilite de traitement des problemes de contact pour montrer l'influence de la loi de frottement entre les levres de la fissure sur la trajectoire de celle-ci, et sur la duree de vie dans le cas d'une sollicitation cyclique

Cette étude, menée en collaboration avec Airbus, porte sur la modélisation du comportement mécanique en fissuration d'alliages aéronautiques incluant des alliages d'aluminium, de titane et un acier haute résistance. L'objectif est, à terme, de remplacer les essais expérimentaux, longs et coûteux nécessaires à la qualification d'un matériau dans le domaine aéronautique. Trois essais sont abordés dans cette étude : l'essai de ténacité, de courbe R et de propagation de fissure à fort DK. Une étude bibliographique a tout d'abord permis de choisir un modèle de référence pour ces travaux. Après avoir constaté la véracité des dires de Paul Valéry « Tout ce qui est simple est faux, tout ce qui n'est pas simple est inutilisable », le modèle de Lemaitre, couplé à un critère de rupture énergétique permettant de réduire la dépendance au maillage de la réponse numérique, est apparu comme le meilleur candidat. Ses avantages, incluant un cadre thermodynamique robuste, compensent son principal inconvénient qui est sa description basique de l'endommagement mise en défaut par des observations expérimentales. En effet celles-ci mettent en évidence que deux mécanismes de fissuration gouvernent la propagation de fissure à fort DK et/ou fort rapport R. C'est pourquoi deux variables d'endommagement ont été définies dans un modèle alternatif, proche du modèle de référence. Un tel modèle permet de conserver les qualités du modèle de Lemaitre sous chargement monotone tout en améliorant les simulations des essais de propagation de fissure à fort DK. De plus, l'un des points forts du modèle proposé est de permettre la modélisation sous certaines conditions des trois essais de qualification à partir de paramètre identifiés sur un seul essai de traction. Les simulations sous le logiciel de calcul par éléments finis Abaqus sont comparées aux essais afin de valider les améliorations apportées au modèle classique de Lemaitre. Les résultats, les avantages et les défauts sont explicités dans ce manuscrit.

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.

Le PolyAmide 6 (PA6) est un polymère semi-cristallin couramment utilisé dans des structures sollicitées en fluage. A température ambiante, le PA6 présente une viscosité importante. L'objectif de cette étude consiste à analyser d'une part, le comportement mécanique du PA6, et d'autre part de comprendre les mécanismes d'amorçage et de propagation de fissures, sous chargement statique à température ambiante. Des essais mécaniques ont été réalisés sur éprouvettes axisymétriques lisses et entaillées, avec différents rayons en fond d'entaille. Des courbes contraintes / déformations ont été obtenues à partir d'essais de traction monotone, à différentes vitesses de chargement. Ensuite, des essais de fluage ont été réalisés pour décrire l'évolution de la déformation de fluage en fonction du niveau de contrainte appliquée. Un stade de fluage secondaire stabilisé a d'ailleurs été observé et deux régimes de vitesse de déformation de fluage, dépendant du niveau de contrainte appliquée, ont été mis en évidence. Des observations microscopiques, après cryofractographie, ont permis de révéler la microstructure sphérolitique initiale du PA6 de l'étude. Une porosité initiale de 1,5% a également été mise en évidence. Les analyses réalisées, à la suite d'essais interrompus ou surdes faciès de rupture, ont permis de mettre en évidence les mécanismes de déformation et d'endommagement. Aussi, les observations des faciès de rupture ont clairement mis en évidence les mécanismes de transition entre les zones ductiles et la rupture finale fragile. Il semblerait enfin que le régime ductile, basé sur la croissance et la coalescence des cavités, évolue différemment en fonction du taux de triaxialité des contraintes. Les essais de fluage sur éprouvettes lisses ont permis l'identification des paramètres matériaux nécessaires aux modélisations analytique et par Eléments Finis. Des modèles multimécanismes, physiquement motivés et dédiés au calcul par Eléments Finis, sont proposés, prenant en compte le taux de cristallinité. On se propose d'utiliser les outils de la Mécanique Non Linéaire de la Rupture pour estimer la durée de vie d'une structure : l'approche globale permet d'établir une courbe maîtresse reliant le temps à rupture au paramètre de chargement C*. Les résultats des essais sur éprouvettes fissurées ont permis de calcul le paramètre C*. Enfin des modèles multimécanismes, physiquement motivés et dédiés au calcul par Eléments Finis, ont été développés pour modéliser le comportement de structures en PA6. Une modélisation couplée entre comportement et endommagement a été proposée afin de tenter de prendre en compte l'ensemble des résultats et conclusions apportées dans les thématiques précédentes. L'utilisation de la Mécanique des Milieux Poreux permet notamment de simuler la croissance des cavités lors du régime de fissuration ductile. L'influence des coefficients relatifs à l'endommagement a été décrite. L'accès aux variables locales ainsi qu'aux tenseurs des contraintes et déformations, propres aux phases amorphe et cristalline, est possible : l'évolution de la porosité propre à chaque phase a ainsi été analysée, en comparaison des mécanismes d'endommagement précédemment décrits.

Ce manuscrit est une contribution à l’étude de la propagation de fissure en fatigue à très grand nombre de cycles. Nous développons un outil numérique permettant de modéliser cette propagation de fissure en mode I et d’étudier la formation de l’œil de poisson, caractéristique de ce type de rupture. Premièrement, une procédure numérique itérative basée sur la méthode des éléments finis en 3D est développée pour étudier l’évolution de la forme de fissure au cours de la propagation et calculer le nombre de cycles de propagation lorsqu’un calcul analytique n’est pas possible. La méthode de fermeture virtuelle de fissure est utilisée pour calculer le facteur d’intensité de contraintes en chaque étape de propagation de la fissure. Deuxièmement, un modèle de couplage thermomécanique basé sur la méthode des éléments finis en 3D est proposé pour estimer l’évolution du champ température au cours de la propagation de fissure. Ce modèle consiste à tout d’abord calculer l’énergie de déformation plastique par cycle venant de la zone plastique cyclique au front de la fissure et utiliser ensuite une partie de cette énergie comme une source de chaleur mobile afin de calculer l’évolution de température. L’énergie de déformation plastique par cycle est déterminée par deux méthodes. L’une est basée sur un calcul élastoplastique en 3D avec un comportement élastique plastique parfait. L’autre s’appuie sur une relation empirique entre l’énergie de déformation plastique par cycle par unité de longueur de fissure et la variation du facteur d’intensité de contraintes. Les résultats numériques sont en bon accord avec des mesures expérimentales
This manuscript is a contribution to the study of the crack propagation in very high cycle fatigue domain. We develop a numerical tool which allows to model this crack propagation in mode I and to study the formation of fish eye crack, a characteristic of this failure. Firstly, an iterative numerical procedure based on three dimensional finite element method is developed to study the evolution of crack form during the crack propagation and to calculate the number of cycles to failure when it is not possible to find an analytical solution. The virtual crack closure technique is used to calculate the stress intensity factor in each step of crack growth process. Secondly, a coupled thermomecanical finite element model in 3D is proposed to estimate the evolution of the temperature field during the crack propagation. The problem is solved into 2 steps. In the first step, we calculate the plastic energy per cycle from the cyclic plastic zone at the crack front. In the second step, we use a fraction of this energy as a mobile heat source to estimate the temperature field evolution. The plastic energy per cycle is calculated by two methods. The first one is based on an elastic-plastic finite element analysis with a perfectly elastic-plastic constitutive law. The second one is based on an empirical relation between the energy plastic per cycle per unit of crack length and the range of stress intensity factor. Numerical results obtained agree fairly well with experimental results

Le décollement à l’interface constitue l’un des principaux modes de ruine pour les matériaux hétérogènes de type "inclusion-matrice". Du point de vue de la modélisation, il est donc essentiel de décrire le comportement de tels matériaux comportant des interfaces partiellement décollées.Dans le cadre de la mécanique linéaire de la rupture (en élasticité plane), ce travail concerne tout d'abord l'analyse de fissures interfaciales situées à la frontière d'une inclusion circulaire, immergée dans une matrice infinie. La solution générique d'un tel problème, s'appuyant sur la méthode des potentiels complexes de Muskhelishvili, a été proposée par Perlman et Sih (1966). Cette solution générale a été appliquée successivement aux cas d'une fissure unique et de deux fissures symétriques par Toya (1974) et Prasad et Simha (2002, 2003), respectivement. Nous utilisons ici la méthodologie de Perlman et Sih (1966) pour calculer la solution au problème de deux fissures d'interface de longueurs différentes, mais partageant le même axe de symétrie. Sur la base de la solution obtenue, nous analysons ensuite la propagation de deux fissures initialement symétriques. Nous montrons que la propagation peut être asymétrique : la longueur d'une des fissures croît, tandis que celle de l'autre reste constante.Ensuite, le schéma d'homogénéisation de Mori-Tanaka est adopté pour étudier l’effet du décollement partiel de l’interface sur le comportement macroscopique du matériau. Finalement, nous présentons une courbe de contrainte-déformation macroscopique du matériau hétérogène de type "inclusion-matrice" soumis à une traction uniaxiale tenant compte de l'endommagement dû au décollement à l'interface. L’influence de paramètres tels que fraction volumique des inclusions, taille des particules et angle initiale des fissures sur cette courbe est examinée
Debonding at the interface is one of the main failure modes for "inclusion-matrix" materials. From a modeling point of view, it is therefore essential to describe the behavior of such materials with partially debonding interfaces.In the framework of the linear elastic fracture mechanics (in plane elasticity), this work concerns first of all the analysis of interfacial fissures located at the boundary of a circular inclusion, immersed in an infinite matrix. The generic solution of such a problem, based on the complex potential method of Muskhelishvili, has been proposed by Perlman and Sih (1966). This general solution was applied successively to the cases of a single crack and two symmetric cracks by Toya (1974) and Prasad and Simha (2002, 2003), respectively. We use here the methodology of Perlman and Sih (1966) to calculate the solution to the problem of two interface cracks of different lengths, but sharing the same axis of symmetry. On the basis of the solution obtained, we then analyze the propagation of two initially symmetrical cracks. We show that the propagation can be asymmetrical: the length of one of the cracks grows, while that of the other remains constant.Then, the Mori-Tanaka homogenization scheme is adopted to study the effect of the partial debonding of the interface on the macroscopic behavior of the material. Finally, we present a macroscopic stress-strain curve of the "inclusion-matrix" material subjected to uniaxial traction taking into account damage due to debonding at the interface. The influence of parameters such as volume fraction of inclusions, particle size and initial crack angle on this curve is examined