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Dissertations / Theses on the topic 'Fissuration dynamique'
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Célarié, Fabrice. "Dynamique de fissuration à basse vitesse des matériaux vitreux." Phd thesis, Université Montpellier II - Sciences et Techniques du Languedoc, 2004. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00007583.
Full textAbstract:
Cette thèse porte sur le régime de fracturation à faible vitesse (corrosion sous contraintes) d'échantillons de matériaux vitreux. Le système expérimental basé sur la microscopie à force atomique (AFM) permet de caractériser in-situ et en atmosphère contrôlée, la propagation d'une tête de fissure aux échelles caractéristiques (sub-micrométriques) des hétérogénéités de structure du matériau. Ce travail est divisé en trois parties : 1. La propagation de la fissure dans des vitrocéramiques a été étudiée par AFM en fonction de leur degré de dévitrification. Des écarts à la propagation rectiligne ont été mis en évidence. Dans le matériau le plus dévitrifié, la fissure contourne les cristaux nanométriques engendrant des contraintes de torsion et de cisaillement ce qui accroît d'autant la résistance à la rupture du matériau.
2. En utilisant la microscopie AFM, nous avons montré que la propagation de la fissure dans des matériaux vitreux –étudiés à des températures très inférieures à la température de transition vitreuse- se faisait, au devant de la tête de fissure, par un processus de nucléation, croissance et la coalescence de nano-cavités d'endommagement. La mise en évidence expérimentale de ce phénomène de ductilité du verre à l'échelle nanométrique est un résultat novateur faisant un lien entre les mécanismes de fissuration des matériaux ductiles (métaux) et fragiles (verres). La différence se situe au niveau des échelles de longueur des cavités, respectivement micrométriques et nanométriques.
3. Enfin, l'étude de la fissuration d'un verre contenant des ions alcalins révèle une migration, à l'échelle nanométrique, d'espèces chimiques au voisinage immédiat de la fissure. Cette migration s'observe sous la forme d'apparition et de croissance de nodules de dimensions nanométriques. Le champ de contrainte mécanique local, le taux d'humidité relative, ainsi que le temps de séjour de la tête de fissure dans une zone non fissurée du matériau, sont des paramètres essentiels pour le contrôle de ces phénomènes de diffusion à l'échelle nanométrique. Les processus physico-chimiques impliqués (comme la diffusion locale d'ions sodium) ont été étudiés.
L'étude in-situ de la fissuration des matériaux vitreux aux échelles de longueur caractéristiques des hétérogénéités est d'une importance capitale pour comprendre et améliorer les propriétés mécaniques du verre, matériau qui est à l'heure actuelle de plus en plus utilisé dans de multiples domaines.
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Maigre, Hubert. "Contribution theorique a d'identification des grandeurs caracteristiques en mecanique de la rupture dynamique." Palaiseau, Ecole polytechnique, 1990. http://www.theses.fr/1991EPXX0006.
Full textAbstract:
Afin de fournir des moyens directs d'exploiter des resultats de mesures experimentales, sans passer par des calculs par elements finis, une nouvelle methode d'identification est proposee en elasto-dynamique pour les structures fissurees. Cette methode est un prolongement des resultats connus en elasto-steatique bases sur des integrales de coutour invariantes. Elle permet de relier la connaissance sur un intervalle de temps fini des champs mecaniques mesurables sur le bord de la structure a la sollicitation en pointe de fissure a la fin de cet intervalle de temps. Cette methode est developpee sur plusieurs modelisation de la rupture: milieux bidimensionnels fissures, poutres fissurees longitudinalement, poutres entaillees. Dans ces deux derniers exemples, de nouvelles grandeurs, equivalentes au facteur d'intensite des contraintes, ont ete introduites. Suivant le meme principe, il est aussi presente une methode de separation des energies qui conduit a l'aide des memes mesures a la connaissance separee de l'energie cinetique totale, l'energie elastique totale et l'energie de rupture a l'instant milieu de l'intervalle de temps des mesures
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Mosnier, Martial. "Etude expérimentale de la fissuration dynamique de plaques : application à la fragmentation de réservoirs." Phd thesis, Université d'Orléans, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00115871.
Full textAbstract:
La rupture dynamique des réservoirs métalliques pressurisés résulte de la compétition entre la fissuration de la paroi et la sortie du fluide qui en est à l'origine. Pour comprendre ce phénomène, deux études expérimentales ont été mises en œuvre.· La première a consisté à soumettre des plaques métalliques à des chargements sous forme d'explosions, et à examiner leur mode de fissuration. Les vitesses de fissuration semblent indépendantes du chargement, tandis que la taille des fragments augmente avec la violence de l'explosion.
· La deuxième a consisté à faire exploser des enceintes d'environ vingt litres. Elle a permis de confirmer une partie des tendances observées précédemment.
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Menouillard, Thomas Combescure Alain. "Dynamique explicite pour la simulation numérique de propagation de fissure par la méthode des éléments finis étendus." Villeurbanne : Doc'INSA, 2008. http://docinsa.insa-lyon.fr/these/pont.php?id=menouillard.
Full text
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Perales, Frédéric. "Fissuration des matériaux à gradient de propriétés. Application au Zircaloy hydruré." Phd thesis, Université Montpellier II - Sciences et Techniques du Languedoc, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00079015.
Full textAbstract:
Cette thèse concerne la fissuration dynamique des matériaux à gradient de propriétés. Plus particulièrement, elle traite de la tenue des gaines de combustible, tubes minces et élancées, à fort taux de combustion lors de transitoires accidentels. La fissuration est étudiée à l'échelle locale et basée sur la notion de zone cohésive, laquelle est mise en oeuvre à l'aide d'une approche multicorps. Afin de prendre en compte une fissuration en mode mixte, les modèles de zone cohésive considérés sont couplés à du contact frottant. L'approche Non-Smooth Contact Dynamics est mise en oeuvre pour le traitement dynamique des problèmes de contact frottant non réguliers. Compte tenu des dimensions mises en jeu, une démarche multiéchelle permet de prendre en compte la microstructure dans un calcul de structure. A l'échelle microscopique, les propriétés effectives surfaciques, entre les corps, sont obtenues par homogénéisation numérique périodique. Une formulation à deux champs du problème Eléments Finis multicorps est ainsi obtenu. La méthode NSCD est alors étendue à cette formulation. L'outil de simulation numérique développé permet des simulations dynamiques en grandes transformations depuis l'amorçage de fissures jusqu'à la ruine du matériau. La mise en oeuvre à l'échelle microscopique est effectuée par calcul sur des cellules de bases pour plusieurs tirages de microstructures aléatoires. A l'échelle macroscopique, des calculs dynamiques de structures sur des portions de gaine en fonction du taux moyen et du gradient d'hydrogène mettent en évidence le rôle prépondérant de ces deux paramètres dans la tenue de la gaine sous chargement dynamique rapide.
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Sapardanis, Hélène. "Fissuration à l’interface d’un revêtement plasma céramique et d’un substrat métallique sous sollicitations dynamique et quasi-statique multiaxiales." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016PSLEM033/document.
Full textAbstract:
Les travaux présentés dans ce manuscrit visent à étudier la propagation d'un défaut interfacial de géométrie connue soumis à un cisaillement macroscopique à partir d'une méthodologie expérimentale développée durant la thèse qui consiste à i) élaborer un système revêtu céramique/métal dont la morphologie d'interface est contrôlée, ii) introduire un défaut d'interface par la technique de choc laser, iii) soumettre le système revêtu pré-fissuré à un cisaillement macroscopique grâce à une machine de fatigue biaxiale coplanaire et iv) mesurer in situ l'évolution de ce défaut. Le système revêtu subit donc une sollicitation dynamique par la technique de choc laser et quasi-statique par les essais biaxiaux. La morphologie d'interface, paramètre influant sur la fissuration, est également étudiée. Un dépôt d'alumine pure est directement projeté par plasma sur un substrat métallique, un superalliage base cobalt Haynes 188 et un acier inoxydable 304L, sans sous-couche.Un premier travail d'analyse du défaut introduit par choc laser en fonction des paramètres laser et de la morphologie d'interface a tout d'abord été réalisé. Le défaut d'interface résultant se caractérise par une zone délaminée circulaire de quelques millimètres de diamètre et d'une cloque formée par la couche de céramique de quelques dizaines de micromètres de hauteur. Ces dimensions caractéristiques ont été mesurées à partir de techniques d'observation non destructives : profilométrie 3D, observation optique et thermographie infrarouge. La fissuration par choc laser a été étudiée par éléments finis grâce à un modèle de type contact cohésif pour l'interface.La propagation du défaut soumis à un cisaillement macroscopique a été caractérisée expérimentalement grâce aux observations optiques et à la technique de stéréo-corrélation d'images. L'analyse par élément finis du problème a permis d'accéder aux modes de sollicitation le long du front de fissure et de donner une première explication quant aux formes délaminées obtenues expérimentalement. Cette analyse s'appuie sur un modèle de zone cohésive dont les conditions aux limites imposées sont déterminées à l'aide des mesures de déplacement obtenues par corrélation d'images. En particulier, il a été mis en évidence que l’ouverture du front de fissure (mode I), induit par le flambage de la couche et par le chargement macroscopique, favorise la propagation du délaminage qui reste pilotée essentiellement par le cisaillement local (mode II et III). L'influence du cisaillement macroscopique dans le plan de la couche déposée sur la propagation du délaminage interfacial a ensuite été étudiée à partir de trois cas de chargement. Une analyse par éléments finis basée sur la mécanique linéaire de la rupture dans un matériau homogène a permis de déterminer l'influence du cisaillement macroscopique sur le chargement local le long du front de fissureThe work presented in this manuscript aims to investigate the growth of an interfacial flaw, whose geometry is known, under macroscopic shear loading. An experimental methodology is thus developed in which i) a ceramic/metal coated system with controlled interface roughness is processed, ii) an interfacial flaw is introduced using the laser shock technique, iii) a macroscopic shear loading is applied on the coated system using a biaxial in-plane testing device and iv) interfacial crack growth and buckling are measured in situ. Hence, both dynamic and quasi-static loadings are applied on the coated system by respectively the laser shock technique and biaxial testing. The interface roughness, which affects the crack growth, is also considered in the study. A pure alumina coating is deposited by air plasma spraying on a metallic substrate, polycrystalline cobalt base superalloy Haynes 188 and stainless steel 304L substrates, with no bond coat.First, the flaw resulting from the propagation of a laser shock wave has been analyzed according to the laser parameters and the interface roughness. An interfacial flaw is characterized by a circular delamination with a diameter of a few millimeters and a circular blister with a height of a few tens of micrometers. These characteristic dimensions have been measured thanks to non destructive techniques: 3D profilometry and image analysis based on optical observations and infrared thermography. A finite element analysis has been carried out to investigate the crack behavior under laser shock wave propagation using a cohesive contact to account for the interface behavior.The interfacial flaw growth under macroscopic shear loading has been characterized with optical observations and the digital image stereo-correlation technique. The related finite element analysis enabled to identify the local loading along the crack front and gave a first explanation about the shapes of the delaminated area observed experimentally. This analysis relies on a cohesive zone model whose applied boundary conditions are established from the displacements measured by digital image correlation technique. By this way, the delamination growth was revealed to be mostly driven by local shear (mode II and III) and the crack opening (mode I), induced by the buckling of the deposited layer and the macroscopic shear, makes the delamination growth easier. Finally, the influence of the macroscopic shear loading on the interfacial delamination has been studied from three different macroscopic shear loadings. The finite element analysis based on linear elastic fracture mechanics in a homogenous material has allowed to study the influence of the macroscopic shear loading on the local loading along the crack front
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Menouillard, Thomas. "Dynamique explicite pour la simulation numérique de propagation de fissure par la méthode des éléments finis étendus." Lyon, INSA, 2007. http://theses.insa-lyon.fr/publication/2007ISAL0048/these.pdf.
Full textAbstract:
Les outils de simulations sont de plus en plus performants permettant une description très fine des phénomènes. De plus ces outils ne se limitent plus à la mécanique linéaire, mais sont développés pour décrire des comportements plus compliqués allant jusqu'à la ruine des structures. Un chargement dynamique ou statique peut ainsi engendrer un endommagement, une fissuration puis une rupture de la structure. La dynamique rapide permet de simuler des phénomènes tels que des chocs et impacts sur structure. Le domaine d'application est très varié. Il concerne par exemple l'étude de la durée de vie et les scénarios d'accidents de la cuve du réacteur nucléaire. Il est alors très intéressant pour les codes de dynamique de pouvoir prédire de tels phénomènes: l'évaluation de l'endommagement dans la structure et la simulation de propagation de fissure constituent un enjeu essentiel. Pour ce faire la méthode des éléments finis étendus a l'avantage de s'affranchir de remaillage et de projection de champs. Effectivement la fissure est décrite cinématiquement via une stratégie appropriée d'enrichissement sur des degrés de liberté supplémentaires. On met en évidence ensuite les difficultés liant la discrétisation spatiale de cette méthode avec la discrétisation temporelle d'un schéma de calcul explicite : l'écriture diagonale de la matrice de masse et le pas de temps de stabilité associé. On présente donc deux méthodes de diagonalisation de matrice de masse basées sur la conservation de l'énergie cinétique, et des études de pas de temps critiques pour divers éléments finis enrichis. On montre que le pas de temps n'est pas plus pénalisant que celui du problème éléments finis standardNumerical tools are still more efficient and allow a good description of physical phenomena. Moreover these tools are not restricted to linear mechanics, but are a Iso developped for more complex behaviour such as fracture. Dynamic or static loadings can create damage, micro cracks and then fracture of structure. Fast dynamic allows to compute phenomena such as crash, impacts on structure. Application domain is really broad; th us it a Iso concerns resistance and accidents for nuclear reactor tank. Lt is interesting for numerical codes to be able to predict these situations: damage evolution and crack propagation consist in being an essential challenge. Th us the eXtended Finite Element Method allows to avoid remeshing and field projection. The crack is kinematically described by the use of additional degrees of freedom. One can underline the difficulties between the eXtended Finite Element Method and the explicit lime integration: the diagonal mass matrix and the corresponding critical lime step. One presents two lumping techniques based on the conservation of kinetic energy, and critical time steps of enriched elements. One demonstrates thal the critical lime step is almost the same !han the one corresponding to the finite element problem, and is independant of the position of the crack
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Croix, Patrick. "Endommagement et rupture des métaux anisotropes pour la dynamique et le crash de véhicules." Valenciennes, 2002. https://ged.uphf.fr/nuxeo/site/esupversions/35d379a9-0ce7-47e2-b08f-5ae639026583.
Full textAbstract:
La forme et l'orientation des microcavités sont prises en compte dans le modèle éléments finis développé pour améliorer la prédiction d'apparition et de propagation de fissures. La loi d'évolution de porosité due à la nucléation est modifiée pour répondre au problème de la non évolution de l'endommagement en cisaillement pur. Une procédure d'identification par méthode inverse des paramètres d'endommagement est mise au point. Cette méthode est basée sur la corrélation des résultats expérimentaux et numériques, d'essais de traction et d'essais de type Arcan. L'identification a été réalisée pour le cas d'un matériau anisotrope en aluminium. Pour obtenir une indépendance à la taille du maillage, deux stratégies sont proposées : par remaillage basé sur un critère d'endommagement et/ou par détermination des paramètres d'endommagement en fonction de la taille du maillage. Ces différents travaux sont illustrés par plusieurs comparaisons expérimentales numériques d'essais sur longeron en aluminiumThe shape and orientation of the microvoids are taken into account in the finite element model developed to improve the prediction of cracks occurrence. The evolution law of porosity due to nucleation is modified to solve the problem of the non-evolution of damage in pure shearing. An identification procedure of damage parameters by the inverse method is developed. This method is based on the correlation of experimental and numerical results, obtained from tensile and Arcan tests. The identification was carried out in the case of an anisotropic aluminium material. To obtain an independence with the mesh size, two strategies are used : by an adaptive meshing based on a damage criterion and/or by the determination of the damage parameters according to the size of the mesh. This work is illustrated by several confrontations of experimental/numerical tests carried out on an extruded aluminium tube
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Réthoré, Julien Combescure Alain. "Méthode éléments finis étendus en espace et en temps application à la propagation dynamique des fissures /." Villeurbanne : Doc'INSA, 2005. http://docinsa.insa-lyon.fr/these/pont.php?id=rethore.
Full text
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Attigui, Mohammed. "Modélisation du comportement dynamique des structures fissurées par la mécanique de rupture." Limoges, 1997. http://www.theses.fr/1997LIMO0032.
Full textAbstract:
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.
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Chen, Wen. "Fracturation électrique des géomatériaux Etude de l'endommagement et de la perméabilité." Phd thesis, Université de Pau et des Pays de l'Adour, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00577790.
Full textAbstract:
Le but de cette étude est d'étudier l'évolution de la microstructure et des propriétés de transfert des géomatériaux sous chargement dynamique rapide. Le chargement dynamique est généré par des ondes de chocs dues à la décharge électrohydraulique d'un arc (PAED) sous l'eau. L'évolution de la fissuration et de l'endommagement est illustrée par celle de sa microstructure et de la perméabilité intrinsèque du matériau. La perméabilité augmente avec le niveau du pic de pression et le nombre de chocs. Une bonne corrélation est observée entre les propriétés du mortier, de la perméabilité, de la porosité et les clichés issus de la microtomographie. Après avoir exposé les résultats d'une campagne expérimentale, des développements sur le modèle d'endommagement anisotrope de R. Desmorat ainsi qu'un couplage avec la perméabilité sont proposés, finalement l'ensemble du processus est simulé numériquement à l'aide des codes Europlexus et Cast3M.
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Li, Ling. "Etude de la fissuration engendrée par le séchage dans les matériaux cimentaires : influence des inclusions." Thesis, Lille 1, 2016. http://www.theses.fr/2016LIL10176/document.
Full textAbstract:
Le séchage de matériaux cimentaires conduit à des microfissures, ce qui a des conséquences importantes sur les propriétés mécaniques et de transport. L’objectif de cette étude est d’analyser l’évolution de la microfissuration des matériaux cimentaires au cours du séchage et de mieux comprendre les mécanismes associés. Ce travail présente une étude expérimentale et numérique sur la microfissuration. Les expériences sont réalisées afin d’étudier l’effet du séchage et le rôle des granulats. L’étude de la structure interne et la propagation des fissures est menée par microtomographie par rayons X. Les influences de la rigidité et de l’état de surface d’inclusions sur l’apparition de la fissuration sont mises en évidence. D’autre part, une série d’essais mécaniques est mise en œuvre sur la pâte de ciment pour comprendre le comportement mécanique de ce matériau et servir à l'identification des paramètres du modèle dans l’étude numérique. Des modélisations numériques sont alors proposées afin d'investiguer les mécanismes associés à la microfissuration observée expérimentalement. Ces modélisations sont réalisées dans le cadre de la poromécanique des milieux partiellement saturés, et le matériau est considéré comme biphasique : des inclusions noyées dans une matrice poreuse cimentaire (modèles élastique, élasto-plastique et endommagement). Les résultats permettent d'accéder à la distribution des contraintes et reproduisent la fissuration observée. L’influence du comportement de la matrice et de la rigidité des inclusions est étudiée. Enfin, une modélisation préliminaire sur la base d'éléments finis étendus se focalisant sur les effets de l'interface pâte-inclusions est proposéeDrying process of cementitious materials leads to microcracks, which has important consequences on transport and mechanical properties. The aim of this study is to investigate the evolution of microcracking of cementitious materials during drying and better understand the associated mechanisms. This work presents both an experimental study and a numerical simulation of drying shrinkage microcracking. The experiments are performed in order to study the effect of drying and the role of the aggregates. The study of the internal structure and crack propagation is conducted by X-ray microtomography. The influences of the stiffness and the surface roughness of inclusions on the occurrence of cracking are highlighted. Moreover, a series of mechanical tests is performed on the cement paste to understand the mechanical behaviour of this material and to use for identification of the model parameters in the numerical study developed in the framework of this thesis. Numerical models are then proposed to investigate the mechanisms associated with experimentally observed microcracks. These modellings are performed under the framework of poromechanics in partially saturated medium, and the material is considered as biphasic: the inclusions embedded in a porous cement matrix (elastic models, elastoplastic and damage). The results of numerical simulations allow access to the stress distribution and reproduce the observed cracking under microtomography. The influences of matrix behaviour and stiffness of inclusion are studied. Finally, a preliminary modelling based on extended finite element method focusing on the effects of paste-inclusions interface is proposed
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Lammens, Bastien. "Caractérisation de la décohésion dynamique des matériaux composites à matrice organique (CMO)." Electronic Thesis or Diss., Ecole centrale de Nantes, 2024. http://www.theses.fr/2024ECDN0007.
Full textAbstract:
Les matériaux composites stratifiés à matrice organique sont utilisés dans le domaine de l'aéronautique pour alléger la masse des structures. Cependant, lors d'un impact sur ce type de matériaux, différents mécanismes d'endommagements peuvent apparaître comme le délaminage. C'est un processus de décohésion macroscopique du milieu interlaminaire qui peut être caractérisé par GIC (ou KIC). La littérature montre une grande disparité dans les mesures du fait d’un découplageincomplet des effets du confinement de la résine par les fibres, des non linéarités de comportement et/ou des effets de vitesse. Ce travail propose d’élaborer un protocole expérimental de caractérisation de résine pure via mesures de champs pour étudier méthodiquement ces couplages. L’objectif est d’élucider l’impact de la vitesse de propagation de fissure et des effets de structure sur le comportement en fissuration et ainsi étendre l’approche de Griffith aux stratifiés. Différentes géométries d’éprouvette sont utilisées pour reproduire certains effets de structure. Des vitesses de fissuration allant du quasi-statique à la dynamique sont étudiées et l’ensemble des essais sont interprétés au travers de la mécanique élastique linéaire de la rupture et de l’étude des facies. Ce travail propose finalement une modélisation décrivant l'évolution de KIC, pour la résine HexplyM21 utilisée dans l'aéronautique, à partir des termes non-singuliers du champ de contraintes, le Tstress,B-stress et aussi de la vitesse ȧ dans les gammes [0 - 15] MPa, [-200 - 10] MPa.m-0.5 et [10-6, 600] m.s-1 respectivementOrganic matrix laminated composites are increasingly used in the aeronautical field to reduce the weight of structures. However, during an impact on this type of material, various damage mechanism can occur, such as delamination. This is a process of macroscopic decohesion of the interlaminar environment, which can be characterised by GIC (or KIC ). The literature shows a wide disparity in measurements due to incomplete decoupling of the effects of resin confinement by fibers, nonlinearitiesbehaviour and/or velocity effects. This work proposes to develop an experimental protocol to characterise pure resin usingfullfields measurements to methodically study these couplings. The goal is to evaluate the impact of the crack propagation speed and the structural effects on the fracture behaviour and in particular to extend Griffith's theory to laminated composites. Different specimen geometries are used to reproduce structural effects. Crack propagation speeds ranging from quasi-static to dynamic are studied and all the tests are analysed using linear elastic fracture mechanics and the fracture surfaces. Finally, this work proposes a model to describe the evolution of KIC for the resin HexplyM21 used in aeronautics field, from the non-singularterms of the stress field T-stress, B-stress and also the speed ȧ in the ranges [0 - 15] MPa, [- 200 - 10] MPa.m-0.5 et [10-6, 600] m.s-1 respectively
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Akiki, Rana. "Développement d'un outil numérique pour la prévision de la fissuration d’une structure en béton de fibres sous impact." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLN056/document.
Full textAbstract:
Ce travail de recherche s'inscrit dans le cadre de la sécurité du transport et de manutention des colis de confinement de déchets nucléaires. Le but est de développer un outil numérique capable de simuler le comportement global d'une structure en béton de fibres soumise à des sollicitations dynamiques. Il permet également d'accéder à des informations plus locales telle que la fissuration, tant en terme de trajet que d'ouverture de fissures. Pour ce faire, un ensemble d'essais mécaniques est réalisé afin de mieux comprendre les mécanismes d'endommagement et de fissuration du matériau sous sollicitations quasi-statique et dynamique. Le modèle capable de capturer à l'échelle globale les non-linéarités liées à la fissuration de la structure dans un cadre continu est détaillé. Les paramètres associés à la loi de comportement sont identifiés via une procédure d'identification basée sur les données expérimentales des essais conduits. La détermination de l'énergie de fissuration en dynamique est investiguée et la part inertielle structurelle de celle-ci est soulignée. Deux méthodes de post-traitement numérique des résultats des simulations numériques globales permettant d'accéder à des informations plus fines à l'échelle locale, en termes de trajet et d'ouverture de fissure, sont détaillées. Une étude d'une poutre en béton fibré soumis à un chargement de flexion 1-point dynamique post-traitée avec les deux approches est présentée. Les résultats du post-traitement numérique sont comparés à ceux obtenus expérimentalement par corrélation d'images numériquesThe research work falls within the framework of the transportation and handling safety of radioactive waste containment packages. The goal is to develop a numerical tool capable of simulating the overall behaviour of a fiber concrete structure subject to a dynamic loading. It also gives access to more local information such as cracking, both in terms of path and opening. To do this, a set of mechanical tests is carried out in order to better understand the mechanisms of damage and cracking of the material under quasi-static and dynamic loading. The model capable of capturing on a global scale the non-linearities related to the cracking of the structure in a continuous framework is detailed. The parameters associated with the material constitutive law are identified via an identification procedure based on the experimental data of the conducted tests. The determination of dynamic cracking energy is investigated and the structural inertial part of this is underlined. Two numerical methods used to post-process the results of the global numerical simulations, giving access to finer information at the local scale, in terms of path and crack opening, are detailed. The study of a fiber-reinforced concrete beam subjected to a dynamic 1-point bending loading, post-processed with the two approaches, is presented. The results of the numerical post-processing are compared with those obtained experimentally by correlation of digital images
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Valette, Gilles. "Simulation dynamique spatialisée de l’évolution de la structure de surface des sols cultivés sous l’action de la pluie." Reims, 2008. http://www.theses.fr/2008REIMS006.
Full textAbstract:
Ce mémoire est le fruit d'un travail de thèse mené en interface entre les domaines de la science du sol et de l'informatique. Ce travail concerne la modélisation et la simulation de deux types d'évolution de la structure de surface d'un sol cultivé: sa dégradation sous l'action de la pluie, et sa fissuration sous l'effet de la dessiccation. Les modèles développés sont basés sur le formalisme DEVS, formalisme dédié aux systèmes à évènements discrets et sur le principe des automates cellulaires étendus. La principale originalité du simulateur de la dégradation du sol est qu'il vise à reproduire les interactions entre les processus érosifs et l'évolution du relief et de la structure de la surface du sol. Les différents processus de transfert d'eau sont représentés, ainsi que les processus de transfert de sédiments. Une expérience sous simulateur de pluie a permis de vérifier que notre simulateur présente un comportement global correct, produisant un encroûtement réaliste à la fois sur des aspects qualitatifs et quantitatifs, ce qui en constitue l'un des aspects les plus originaux et innovants. Le simulateur de la fissuration du sol reproduit l'apparition et le développement de fissures verticales dans la couche de surface d'un sol soumis à dessiccation. Nous avons introduit l'utilisation de la méthode de la ligne de partage des eaux hiérarchique afin d'obtenir un réseau de fissures qui puisse être déterminé par des propriétés du sol, en particulier l'épaisseur de la croûte. Outre une validation au moyen des densités de Minkowski, nous avons également proposé une généralisation de notre méthode aux maillages 3DThis document is the result of a thesis conducted on the interface between computer science and soil science. This work concerns the modeling and simulation of two types of changes in the structure of a cultivated soil surface: its degradation by the action of rain, and its cracking by the action of dessication. The models we have developed are based on the DEVS formalism, which is dedicated to discrete event systems, and on extended cellular automata principle. The main originality of our simulator of soil degradation is that it aims to reproduce the interaction between the erosion processes and the evolution of the relief and of the soil surface structure. The processes of water transfer are represented, as well as the processes of sediment transfer. A rain simulator experiment permitted to verify that our simulator provides a correct global behavior, producing a realistic crusting on both qualitative and quantitative aspects, which is one of its most original and innovative characteristics. The cracking simulator reproduces the emergence and development of vertical cracks in the surface layer of a dessicating soil. We have introduced the method of hierarchical watershed to obtain a cracks network that can be determined by soil properties, especially the crust thickness. Besides a validation using Minkowski's densities, we have also proposed a generalization of our method to 3D meshes
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Nader, Christian. "Stratégie multi-échelles de modélisation probabiliste de la fissuration des structures en béton armé." Thesis, Paris Est, 2017. http://www.theses.fr/2017PESC1157/document.
Full textAbstract:
Il n'existe pas de nos jours une approche modélisatrice satisfaisante de la fissuration des structures en béton de grandes dimensions, capable d'apporter à la fois des informations sur son comportement global et local. Il s'agit pourtant d'un enjeu important pour la maîtrise de la durée de vie des structures, qui s'inscrit pleinement dans le cadre du développement durable. Nous introduisons ainsi une nouvelle approche pour modéliser le processus de fissuration dans les grandes structures en béton armé, comme les barrages ou les centrales nucléaires. Pour ces types de structures, il n'est pas raisonnable, en terme de temps de calcul, de modéliser explicitement les armatures et l'interface acier-béton. Néanmoins, l'accès aux données sur la fissuration est impératif pour les problèmes d'analyse structurelle et de diffusion. Nous avons donc développé un modèle de fissuration macroscopique probabiliste basé sur une stratégie de simulation multi-échelles afin d'obtenir de linformation sur la fissuration dans la structure, sans avoir besoin d'utiliser des approches locales. La stratégie est une sorte de processus multi-étapes qui reprend toute la modélisation de la structure dans le cadre de la méthode des éléments finis, du maillage, à la création de modèles et l'identification des paramètres. Le coeur de la stratégie est inspiré des algorithmes de régression (apprentissage supervisé): les données à l'échelle locale | base de données d'apprentissage associées à la connaissance pratique du problème mécanique | aident à formuler le modèle macroscopique. L'identification des paramètres du modèle macroscopique probabiliste dépend du problème traité car elle contient des informations sur le comportement local, obtenues en avance à l'aide de l'expérimentation numérique. Cette information est ensuite projetée à l'échelle des éléments finis macroscopiques par analyse inverse. L'expérimentation numérique est réalisé avec un modèle validé de fissuration du béton et d'un modèle d'interface acier-béton, ce qui permet une description détaillée des processus de fissuration. Bien que la phase d'identification puisse ^etre relativement longue, le calcul structurel est ainsi très efficace en terme de temps de calcul, conduisant à une réduction importante du temps de calcul global, sans perte d'information / précision sur résultats à l'èchelle macroscopiqueNo modeling approach exists nowadays that can provide reliable information about the cracking process in large/complex reinforced concrete structures. However, this is an important issue for controlling the lifespan of structures, which is at the heart of the principal of sustainable development. In this work we introduce a new approach to model the cracking processes in large reinforced concrete structures, like dams or nuclear power plants. For these types of structures it is unreasonable, due to calculation time, to explicitly model the rebars and the steel-concrete bond. Nevertheless, access to data about the cracking process is imperative for structural analysis and diffusion problems. So in order to draw the information about cracking in the structure, without resorting to the use of local approaches, we developed a probabilistic macroscopic cracking model based on a multi-scale simulation strategy. The strategy is a sort of a multi-steps process that takes over the whole modelization of the structure in the framework of the finite element method, from meshing, to model creation, and parameter identification. The heart of the strategy is inspired from regression (supervised learning) algorithms: data on the local scale | the training data coupled with working knowledge of the mechanical problem | would shape the macroscopic model. The probabilistic macroscopic model's identification is case-specific because it holds information about the local behavior, obtained in advance via numerical experimentation. This information is then projected to the macroscopic finite element scale via inverse analysis. Numerical experiments are performed using a validated cracking model for concrete and a bond model for the steel-concrete interface, allowing for a fine description of the cracking processes. Although the identification phase can be relatively time-consuming, the structural simulation is as a result, very time-efficient, leading to a sensitive reduction of the overall computational time, with no loss in information/accuracy of results on the macroscopic scale
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Bichet, Lionel. "Mécanismes de transports dans la fissuration des matériaux hétérogènes : application à la durée de vie d’exploitation des centrales nucléaires." Thesis, Montpellier, 2017. http://www.theses.fr/2017MONTS001/document.
Full textAbstract:
Les propriétés du béton constituant les enceintes de confinement des centrales électronucléaires évoluent sous les effets de mécanismes de vieillissement résultant notamment de transferts couplés de chaleur et de masse au sein du matériau. Ces phénomènes peuvent être modélisés par des équations de transports moyennées : lois de Fick pour le transport d’espèces en solution et lois de Fourier pour la description de la diffusion thermique. Dans cette étude, les développements concernent la diffusion de la thermique dans un milieu hétérogène fissuré représentant un matériau cimentaire dégradé chimiquement. Le problème thermo-mécanique est traité à l'aide d'une approche multi-corps reliés par des lois d’interactions enrichies (zones cohésives). La diffusion thermique est écrite dans le formalisme cohésif-volumique en prenant en compte le couplage entre un état d'endommagement local de la zone cohésive et une conductivité homogénéisée. Afin d'optimiser les coûts de calculs, une étude est menée sur la dimension d'un volume élémentaire représentatif (VER). Pour cela, la méthode d'eigenerosion est étendue à la fissuration de milieux hétérogènes puis appliquée aux milieux cimentaires. La propagation de fissures sous chargement thermique est ensuite analysée dans des VERs de béton dégradés représentatifs des enceintes de confinement des centrales nucléaires après plusieurs années. Le vieillissement est modélisé par un taux de pré-dégradation initial entre le mortier et les granulats. Le développement de multi-fissures est relié au taux de pré-dégradation et la formation "d'écrans" à la diffusion de la thermique est mise en avantDuring their confinement in a nuclear power plant, the mechanical properties of the constitutive materials of concrete change as a result of ageing. This is due to the transportation of chemical species at the microscopic level of the media. Firstly, this can be modelled with average equations. The Fick laws represent the evolution of chemical diffusion and the Fourier laws, the transportation of heat at a mesoscopic level. In this research, we will consider thermal evolution on a fractured media.This thermomechanical problem is solved with a staggered method. The mechanical contribution used an approach based on multi-bodies system linked with cohesive zone models. The thermal problem is based on the approximation of the heat transfer equation at the cohesive interface. This approach has been implemented and validated. The description of the heat trough the interface is composed with the definition of an homogenised conductivity and the local damage parameter. In order to optimize the computational cost with a good agreement of the crack propagation, a criterion is proposed for sizing a representative elementary volume (REV). The eigenerosion method is used, validated and extended to heterogeneous media. Two studies are carried out on the morphological properties on a cementious media. As a result of those studies, a minimal size for a REV is defined.Crack spread under thermal loads are investigated on a media representing the concrete of the containment of a nuclear power station. The ageing effect are taken into account as an initial damage between the mortar and the aggregates. These parameters are expressed in terms of rate of initial damage. A study is proposed for different values of this rate. As assumed, the development of multi-cracks is linked with the rate of initial damage and the creation of thermal border is proposed
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FAURE, LAURENT KLEPACZKO JANUSH Molinari Alain. "ETUDE EXPERIMENTALE DE LA FISSURATION DYNAMIQUE DES ACIERS 40-NCD-16 ET XC-18 PAR IMPACT ET USINAGE RAPIDE - APPLICATION A L'ANALYSE DES DEFORMATIONS PAR IMAGERIE NUMERIQUE /." [S.l.] : [s.n.], 1997. ftp://ftp.scd.univ-metz.fr/pub/Theses/1997/Faure.Laurent.SMZ9752.pdf.
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Chen, Wei. "Etude expérimentale de la perméabilité du béton sous conditions thermiques et hydriques variables." Phd thesis, Ecole Centrale de Lille, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00778621.
Full textAbstract:
Cette thèse a permis d'étudier la perméabilité du béton sous conditions thermiques et hydriques variables, ainsi que l'effet de fissuration. Nombreux essais (mesures de saturation et perméabilité, essai de compressions uniaxiales et triaxiales et hydrostatiques) ont été menés afin d'évaluer l'influence de la température et de la saturation sur le comportement hydraulique du béton sain et microfissuré. En parallèle, un dispositif de mesure de la perméabilité sur béton macro fissuré permet d'étudier le comportement d'une macro-fissure de béton confinée et soumise à écoulement de gaz sec ou l'air très humide à différentes températures. Les essais mécaniques multiaxiaux sont couplés aux mesures de perméabilité sur béton sain et micro-fissuré par gel-dégel, qui permet d'évaluer la perméabilité sous charge déviatorique et l'effet de préfissuration sous contrainte. Nous avons également effectué un essai de perméabilité relative du béton en fonction de la saturation en eau, soumis à la dessiccation ou à la resaturation, en conditionnant par les différentes humidités relatives imposées
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Réthoré, Julien. "Méthode éléments finis étendus en espace et en temps : application à la propagation dynamique des fissures." Phd thesis, INSA de Lyon, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00121172.
Full textAbstract:
L'utilisation de plus en plus massive des outils de simulation numérique dans les domaines de l'ingénierie ont permis de développer la méthode des éléments finis bien au delà du cadre de la mécanique linéaire. Néanmoins, certaines situations comme des problèmes présentant des discontinuités mobiles restent difficilement accessibles. C'est pourquoi on a vu, ces dernières années, se développer la méthode des éléments finis étendus qui permet de rendre de compte de la présence d'une discontinuité grâce à des fonctions d'interpolation enrichies. On propose d'utiliser cette méthode pour simuler numériquement la propagation dynamique des fissures. Pour pouvoir faire évoluer la fissure, on présente une étude de la stabilité et de la conservation de l'énergie des schémas de la famille de Newmark dans le cas où la discrétisation spatiale du problème varie. On met alors en évidence un avantage essentiel de la méthode des éléments finis étendus qui, grâce à une stratégie d'enrichissement appropriée permet d'assurer la stabilité du calcul et la conservation de l'énergie. Les divers exemples présentés permettent de juger de la qualité des résultats obtenus. On propose aussi d'utiliser les techniques de partition de l'unité pour la dimension temps ainsi qu'une utilisation expérimentale des intégrales d'interaction pour l'estimation des facteurs d'intensité des contraintes à partir d'une mesure de champs de déplacement par corrélation d'images numériques.
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Anciaux, Guillaume. "Simulation multi-échelles des solides par une approche couplée dynamique moléculaire/éléments finis. De la modélisation à la simulation haute performance." Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00263816.
Full textAbstract:
Cette thèse porte sur l'étude de la simulation des solides par des méthodes de couplage multi-échelles (méthode atomique/continue ACM). Dans ce travail de thèse, nous abordons des modéles mathématiques jusqu'à la réalisation informatique dans un contexte de calculs hautes performances parallèles. Après avoir appelé le fonctionnement des méthodes numériques utilisées dans le cadre de la simulation des solides, tels que la dynamique moléculaire et la mécanique des milieux continus, nous présentons les différentes méthodes de couplage existantes utilisées pour les coupler. Nous considérons la méthode Bridging Method développée par T. Belytschko et S. Xiao qui utilise une zone de recouvrement spatiale entre les deux modèles pour réaliser le couplage des degrès de libertés. Après avoir présenté une modification améliorant la stabilité de cette solution, nous ferons une analyse spectrale d'un cas unidimensionel couplé par cette méthode. Nous présenterons ensuite les techniques informatiques qui ont été mise en place afin de réaliser l'implémentation d'un prototype. La plateforme informatique est basé sur une philosophie de composants des entités logicielles qui autorise, in fine, de coupler les codes génériques dans un environnement logiciel. Notamment on s'intéressera à l'implémentation des routines qui permettent de paralléliser le couplage. Nous présenterons enfin les résultats numériques obtenus sur des cas tests en dimension 2 et 3 pour des cas de propagations d'ondes et de propagation de fissures.
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Wang, Meng. "Dynamic fracture of solar grade single crystalline silicon wafers." Thesis, Lyon, 2019. http://www.theses.fr/2019LYSEI081.
Full textAbstract:
La résistance mécanique du silicium cristallin a fait l’objet de plusieurs études notamment à l’état mono-cristallin c’est-à-dire à l’état quasiment pur et pour une microstructure modèle, et aussi pour ses nombreuses applications dans les systèmes photovoltaïques et les semi-conducteurs. Étant donné que la défaillance de ce matériau semi-conducteur augmente le coût de fabrication et diminue l’efficacité et le rendement des dispositifs en silicium, la durabilité de ce matériau est l’un des éléments clé. La propagation de fissures dans le silicium mono-cristallin est l’un des modes de ruine de ces composants. Ce sujet a été étudié durant des nombreuses années, cependant il n’est pas encore complètement compris en raison de la complexité du comportement de la rupture dynamique liée aux phénomènes à petite échelle. Par conséquent, la compréhension des mécanismes de rupture du silicium cristallin comme matériau modèle reste un sujet d’actualité, avec pour objectif in fine d’améliorer la fiabilité et la durabilité des systèmes à base de silicium. Dans ce travail, le comportement à la rupture dynamique de plaques minces (ndlr wafers) de silicium monocristallin de qualité solaire soumis à des charges écaniques a été étudié. Nous avons effectué les essais de rupture sur des tranches minces de silicium (001) en utilisant un appareil de flexion quatre lignes sous chargement quasi-statique. Le processus de rupture de wafers de silicium a été capturé à l’aide d’une caméra rapide puis étudié par analyse d’images. Nous avons étudié la surface de rupture post-mortem via un microscope numérique, un profilomètre à balayage laser ainsi qu’un microscope à force atomique. La source de défaillance de la tranche de silicium a été identifiée par analyse fractographique. En couplant la mesure de vitesse de fissure et l’analyse fractographique, nous déterminons le front de fissure pendant la propagation dynamique de la fissure, ce qui donne une forme qui dépend de la vitesse de propagation de la fissure. Nous révélons ainsi la source des phénomènes de déflexion du plan de clivage (110) - (111) lors de la propagation de fissures à grande vitesse sous l’effet d’un changement multiaxial lors du passage sous les rouleaux. En outre, conjointement avec les simulations par éléments finis, nous avons montré comment la dynamique du front de fissure est contrôlée par la ténacité dynamique qui dépend de l’orientation cristallographique. Enfin, par l’observation des lignes de Wallner sur la surface de fracture - marques qui sont générées par des perturbations linéaires des ondes élastiques au niveau du front de fissure, nous mettons en évidence la nucléation et les caractéristiques non linéaires de ces traces appelées ’front waves’ visibles sur les faciès de rupture des matériaux mono-cristallins lorsque la vitesse de propagation de la fissure se rapproche de la vitesse de RayleighCrystalline silicon has attracted substantial attention for decades because of its large applications in solar cells and microelectromechanical systems. The high brittleness of silicon raises wide concerns since the failure of this semiconductor material increases the manufacturing cost and decreases the efficiency of the utilization of Si-based devices. Crack propagation of crystalline silicon is the main cause of catastrophic failure of silicon components. It has been intensively studied but is not fully understood yet due to intricate dynamic fracture behavior linked to small-scale phenomena. Therefore, the development of feasible methods to study the dynamic fracture, as well as the deeper understanding of fracture mechanism of crystalline silicon, are of paramount importance to improve the reliability and durability of Si-based systems for both industrial and scientific practitioners. In this work, dynamic fracture behavior of solar-grade single crystalline silicon wafers under mechanical loads was studied. We carried out fracture experiments on (001) silicon wafers using three-line or four-line bending apparatus under quasi-static loading. The entire fracture process was captured using a high-speed camera and was analyzed by the high-speed imaging technique. We studied the post-mortem fracture surface using a digital microscope, a laser scanning profilometer, as well as an atomic force microscope. The failure source of the silicon wafer was identified using fractographic analysis. Coupling the crack velocity measurement and fractographic analysis, we determined the crack front during dynamic crack propagation, which exhibits a velocity-dependent shape. We revealed the source of (110)-(111) cleavage plane deflection phenomena during high-speeding crack propagation under line-contact effects. Besides, jointly with the finite element simulations, we demonstrated how dynamics of the crack front is governed by the crystallographic direction-dependent dynamic fracture toughness. Finally, in comparison with the Wallner lines on the fracture surface, generated by linear perturbations of elastic waves on the crack front, we highlight the nucleation and strong nonlinear characteristics of out-of-plane corrugation waves, leaving specific markings that alter the surface roughness of asperity-free material
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Soumahoro, Zoumana. "Etude du couplage thermomécanique dans la propagation dynamique de fissure." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2005. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00001627.
Full textAbstract:
L'objectif de ce travail est d'étudier le couplage thermomécanique dans les mécanismes de rupture dynamique notamment dans la loi de comportement. Le problème de propagation de fissure est étudié dans le cadre de la thermodynamique classique. Les conséquences du premier et second principe sont déduites, en particulier, il est montré que la pointe de fissure se comporte comme une source mobile. Les singularités puis les régularités de température sont discutées. En élastodynamique, l'expression asymptotique de la solution couplée est donnée en élasticité et conduction linéaire. En plasticité dynamique, la réponse mécanique et thermique est simulée pour le mouvement d'état d'équilibre instantané et le mode I de chargement. Le problème de fissure fixe est discuté sous l'hypot! hèse d'adiabaticité. Pour une restriction unidimensionnelle, les équations mécanique et thermique sont découplées dans toute la structure avec en pointe de fissure un couplage thermomécanique simplifié. Les résultats obtenus sont comparés aux observations expérimentales par des essais de flexion 3 points instrumentés thermiques.
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Simon, Samuel. "De la dynamique ferroviaire à l’accommodation microstructurale du rail : Contribution des TTS à la réponse tribologique des aciers : Cas du défaut de squat." Thesis, Lyon, INSA, 2014. http://www.theses.fr/2014ISAL0028/document.
Full textAbstract:
Le squat est un défaut de fatigue de contact apparaissant à la surface du rail et dont le mécanisme d’amorçage est mal compris. Afin de pallier ce manque, une analyse tribologique locale de la bande de roulement du rail est mise en oeuvre à proximité d’un squat naissant. Cette caractérisation révèle une anisotropie importante des couches superficielles du rail associée aux développements de Transformations Tribologiques Superficielles. Ces résultats témoignent de conditions de contact roue/rail particulières dans la zone d’étude, notamment d’un niveau d’efforts de cisaillement inhabituel pour une voie en alignement. Dans le but de valider ces observations, plusieurs essais sont effectués. D’une part les conditions de contact roue/rail dans une zone de squats sont mesurées à partir d’un train instrumenté. D’autre part, la réponse tribologique de l’acier à rail à ces conditions de contact est étudiée à travers le suivi régulier d’une zone d’essais soumise à la circulation ferroviaire. Ces essais permettent d’identifier un déséquilibre important des efforts de traction sur les bogies moteurs et des glissements locaux élevés de la roue sur le rail. Différents mécanismes d’amorçage thermo-mécaniques sont alors proposés au sein d’un schéma global de la réponse tribologique de l’acier à railSquats have recently become recognised as one of the major rolling contact fatigue defects in modern railway networks for which there is currently no solution other than preventive grinding operations or costly rail renewal. To better understand the entire damage mechanism of squat, A tribological and metallurgical analysis of the rolling band and the near surface layer was performed close to an incipient squat. This characterization show a significant anisotropy of the rail surface layer associated with developments of Tribological Transformation of Surface. These results reflect some specific wheel/rail contact conditions in this squat area, including an unusual level of shear forces in a straight track. In order to validate this observations, two tests were performed. On the one hand, the contact conditions in a squat area were measured from an instrumented train. On the other hand, the tribological response of the rail steel was studied through regular monitoring of a test site subjected to railway traffic. These tests allow to identify a high imbalance of the traction forces and the presence of local slips at the wheel/rail interface. Several thermomechanical initiation mechanism of squats are then given in a overall diagram of the tribological response of rail steels
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Marazzato, Frédéric. "Discrete element and time-integration methods forelasto-plasticity and dynamic cracking." Thesis, Paris Est, 2020. http://www.theses.fr/2020PESC1001.
Full textAbstract:
Cette thèse propose des contributions aux méthodes éléments discrets (MED) et à l’intégration temporelle explicite avec pour objectif applicatif les calculs de fissuration et de fragmentation pour des matériaux métalliques soumis à des chargements dynamiques. Les MED, qui sont traditionnellement utilisées pour simuler le comportement de matériaux granulaires, sont ré-interprétées à la lumière des méthodes de discrétisation de gradient afin d’être appliquées à la simulation de matériaux continus. Les maillages utilisables avec la MED proposée ont été étendus des maillages de Voronoi à des maillages polyédriques généraux. Les comportements simulables par la méthode ont été étendus de l’élasto-dynamique à l’élasto-plasticité dynamique par l’ajout d’un degré de liberté tensoriel par cellule. De plus, la méthode est robuste par rap-port à la limite incompressible et ses paramètres ne dépendent que des paramètres matériau. Une méthode d’intégration temporelle explicite conservant une pseudo-énergie, même pour des comportements non-linéaires et des pas de temps variables, a également été développée afin d’éviter une dissipation numérique de l’énergie disponible pour la dissipation plastique et la fissuration. Cette méthode a été couplée avec la MED précédente. Enfin, la propagation de fissures de Griffith à travers les facettes du maillage a été intégrée à la MED pour des comportements élastiques linéaires en deux dimensions d’espace. Le taux de restitution d’énergie est calculé pour chaque mode de fissuration à partir des facteurs d’intensités des contraintes qui sont approchés près de la fissure. Enfin, un critère de maximisation de la densité d’énergie élastique sur les facettes liée à la pointe de fissure permet de simuler l’orientation de la propagationThe present Ph.D. dissertation proposes contributions to discrete element methods (DEM) and explicit time integration schemes with a view towards dynamic cracking for metallic materials under dynamic loading. DEM, which are usually used to simulate granular materials, are understood through the prism of gradient discretization methods in order to simulate continuous materials. The method has been extended from previous Voronoi meshes to support generalpolyhedral meshes. Material behaviours have been extended from elasto-dynamics to dynamic elasto-plasticity through the addition of a tensorial degree of freedom per mesh cell. The method is robust with respect to the incompressible limit and its parameters only depend on material parameters. Moreover, an explicit pseudo-energy conserving time integration method has been developed, even for nonlinear behaviours and variable time steps, so as to avoid thedissipation of energy available for plastic dissipation and cracking. The method has been coupled to the proposed DEM. Finally, Griffith crack propagation through the mesh facets has been adapted to the present DEM for linear elastic behaviours in two space dimensions. The energy release rate is computed for every cracking mode using the stress intensity factors approximated close to the crack. A criterion of maximization of elastic energy density is used tosimulate kinking
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Cortet, Pierre-Philippe. "Croissance lente de fissures : de la fragilité à la complexité." Phd thesis, Ecole normale supérieure de lyon - ENS LYON, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00162873.
Full textAbstract:
Cette thèse de doctorat a pour objectif d'apporter une contribution à la compréhension des mécanismes physiques en jeu dans le phénomène de croissance lente de fissures dans un matériau sous contrainte. Ce travail s'appuie principalement sur des études expérimentales, mais est aussi composé de travaux théoriques traités à la fois analytiquement et numériquement. On aborde différents aspects du phénomène de croissance lente de fissures en allant de systèmes physiques semblant à priori être les plus simples pour s'orienter vers des systèmes de plus en plus complexes. Ainsi, il est d'abord présenté une étude analytique de l'influence du désordre structurel d'un matériau élastique fragile sur le phénomène de croissance lente thermiquement activée d'une fissure sous contrainte. On montre que le désordre a pour effet de ralentir, voire de bloquer, la croissance de la fissure lorsque la température thermodynamique est inférieure à une valeur critique associée à celui-ci. On présente ensuite une étude expérimentale détaillée de la croissance lente d'une fissure dans un film d'un polymère amorphe, le polycarbonate. On interprète la dynamique de croissance de la fissure grâce aux propriétés élasto-visco-plastiques de ce matériau en particulier la loi de fluage d'Arrhenius-Eyring. Plus précisément, on montre que la vitesse de croissance de la fissure se décompose en un terme dépendant de la contrainte moyenne dans les zones plastiques en pointe de fissure et d'un terme analogue à la rupture dans un milieu fragile. On met également en évidence une instabilité de surface dans les zones de striction du polymère. Finalement, on décrit une étude expérimentale préliminaire du phénomène de pelage d'un rouleau de ruban adhésif grâce à une technique d'imagerie à haute vitesse. Cette étude permet pour la première fois un accès direct aux détails de la dynamique de “stick-slip” du point de pelage et ouvre des perspectives pour l'interprétation théorique de ce phénomène.
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Benazzouk, Louiza. "Approche du comportement dynamique d'un oxyde liquide dans un matériau composite autocicatrisant " MAC "." Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00984446.
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Les matériaux composites à matrice céramique CMC, sont généralement formés d'au moins deux matériaux ayant une forte capacité d'adhésion. Ces matériaux sont principalement composés de renforts fibreux assurant la tenue mécanique de la structure et d'une matrice qui permet sa cohésion. Utilisées principalement dans le domaine de l'aéronautique, elles sont reconnues pour leur bonne tenue mécanique, leur réfractarité élevée tout en conservant une densité faible. Par contre, l'inconvénient majeur associé à ces matériaux est l'apparition de fissures qui sont dues soit au procédé de fabrication soit aux sollicitations mécaniques externes.Dans ce travail, une attention toute particulière est consacrée aux composites à matrice auto-cicatrisante dont la principale propriété est l'aptitude à "réparer" les effets de la fissure par formation d'un verre visqueux.Ces verres visqueux se forment au sein de la fissure grâce à l'oxydation des éléments qui constituent la matrice. Selon la température, différents verres peuvent être formés.Leur fonction est de reboucher les fissures de taille micrométrique de façon à ralentir la diffusion de l'oxygène en direction des fibres et éviter leur rupture par oxydation.Cependant, pour des systèmes en rotation rapide tels que les turbines basse pression des moteurs d'avion (pièce étudiée actuellement), on peut s'interroger quant à la mobilisation du verre visqueux cicatrisant dans un système complexe géométriquement et inhomogène du point de vue de la nature des surfaces. Pour approcher le comportement du verre cicatrisant dans un système modèle mais néanmoins réaliste, une approche de modélisation numérique a été entreprise. L'outil numérique utilisé pour cette étude est le code de calcul Thétis développé à l'I2M. Celui-ci est adapté à ce type de simulation puisqu'il permet la modélisation d'écoulements diphasiques incluant des phénomènes physiques complexes tels que le mouillage. Ainsi, l'objectif de ce travail est-il de déterminer les limites d'utilisation de ce type de matériau en fonction des conditions auxquels il est soumis en évaluant la mobilité du verre cicatrisant dans la fissure.
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Pradille, Christophe. "Vers une meilleure compréhension et caractérisation du comportement des aciers à très haute température." Phd thesis, École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2011. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00617963.
Full textAbstract:
La compréhension des la fissuration à chaud représente un chalenge tant scientifique qu'industriel. D'un coté, pour les industriels de la métallurgie, cela permettrait une amélioration de la qualité et la productivité. Et d'un point vu scientifique, le challenge est tout aussi important, car les mécanismes de la fissuration sont peu connus. Cela provient principalement d'une méconnaissance des propriétés mécaniques dans des conditions similaires à celles rencontrées durant la solidification. Des essais thermo-mécaniques ont été réalisés sur une machine de traction avec chauffage par effet Joule (Taboo). Taboo permet de réaliser des chargements mécaniques pour de faibles vitesses de déformations (10-3 10-4 s-1) et des températures comprises entre 900°c et la température de solidus. Mais une des conséquence d'utiliser une machine de traction avec un chauffage par effet joule est l'existence d'un fort gradient thermique dans la zone centrale de l'éprouvette, ce gradient thermique produisant une déformation elle aussi non homogène. L'existence de ces hétérogénéités nous ont conduit à utiliser une technique de mesure de champ afin de connaitre le champ de déplacement existant sur les éprouvettes. Mais les techniques de mesures classiquement utilisées n'étant pas utilisable dans de telles conditions, nous avons développer une mesure de champ baser sur l'utilisation d'un speckles laser. En parallèle, nous avons aussi développer un algorithme d'analyse basé sur l'utilisation d'une méthode interspectre. De plus pour analyser et dimensionner les échantillons utiliser lors des essais mécaniques, nous avons développé et exploité un code élément finis capable de simuler l'essai Taboo dans sa globalité. Les résultats des essais mécaniques et les simulations ont ainsi pu être intégrés dans une boucle d'optimisation afin de trouver les paramètres des lois de comportement de deux nuances d'acier. en parallèle, une technique de dynamique moléculaire a été utilisée pour déterminer certains autres propriétés thermophysiques du fer telles que la viscosité, les paramètres élastiques.... Cette technique a aussi été utilisée pour expliquer la cavitation à l'état liquide et semi solide.
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Pyrzowski, Lukasz. "Analyse visco-plastique de l'endommagement des plaques et coques soumises aux impacts." Phd thesis, Université d'Orléans, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00608054.
Full textAbstract:
Le travail concerne le comportement des plaques et coques soumises à des charges dynamiques dues à des explosions des mélanges gazeux. Des problèmes mécaniques d'apparition des fissures et d'endommagement ductile sont analysés. En introduction, la revue de la littérature a été présentée ainsi que les théories actuellement les plus souvent utilisées dans ce domaine. Une brève description des outils numériques qui ont servi dans l'étude a été également donnée. Les essais expérimentaux et les résultats des mesures ont été discutés dans la deuxième partie du mémoire. Ils ont permis d'identifier les paramètres matériels du modèle constitutif viscoplastique et d'endommagement nécessaires pour mener une analyse numérique du comportement des plaques, de faire la vérification des nombreuses simulations discutées à la fin du travail. Dans les conclusions, est présenté le bilan des modélisations en exposant surtout celles qui ont conduit à de meilleurs résultats.L'auteur discute les hypothèses utilisées, les limitations du modèle et esquisse desperspectives et l'évolution possible à l'avenir.
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Joudon, Vincent. "Caractérisation expérimentale de l'initiation et de la propagation de fissure dans une résine époxy sous chargement dynamique." Thesis, Valenciennes, 2014. http://www.theses.fr/2014VALE0029/document.
Full textAbstract:
Les résines époxy renforcées par des nodules thermoplastiques sont largement utilisées dans les matériaux composites à matrice organique de l’industrie aéronautique. Dans le cas particulier des stratifiés, les résines époxy déterminent la résistance du milieu inter-laminaire au délaminage. Ce processus de décohésion macroscopique apparaît classiquement lors d’un impact dynamique et compromet fortement l’intégrité des structures composites légères. Pourtant, les modèles cohésifs actuels ne sont pas prévus pour la simulation du délaminage sous sollicitation rapide. Notamment, l’influence présumée de la dynamique sur la rupture du milieu inter-laminaire riche en résine époxy n’est pas prise en compte. Par conséquent, cette recherche consiste à caractériser l’initiation et la propagation de fissure dans une résine époxy sous chargement dynamique. Dans cet objectif, des éprouvettes entaillées sont fabriquées à partir de la résine époxy Hexply RM21 spécifique du domaine aéronautique. Un protocole expérimental est développé et validé afin d’estimer les ténacités d’initiation et de propagation d’une éprouvette chargée en flexion 3-points par un vérin hydraulique. Les essais réalisés démontrent que la ténacité dynamique augmente fortement avec la vitesse de propagation de fissure, à l’inverse de la ténacité d’initiation qui diminue avec la vitesse d’impact. Ces évolutions sont cohérentes avec les micrographies réalisées post-mortem qui présentent une augmentation des mécanismes de rupture. Finalement, une loi cohésive est définie et identifiée pour prendre en compte l’influence de la dynamique sur l’initiation et la propagation d’une fissure dans la résine époxy étudiéeEpoxy resins toughened with embedded thermoplastic particles are classically used in the aeronautical composites manufacturing. As matrix into laminated composites, epoxy resins determine the delamination resistance of the interlaminar field. The delamination process is a large decohesion that often occurs during impact loadings and it critically compromises the integrity of the light weight composite structures. However, most of the cohesive zone models are not intended to simulate delamination under high rate loadings. In particular, these models do not consider the expected effects of loading rate on fracture behaviour of the resin-rich interlaminar field. Therefore, this research aims at characterizing crack initiation and propagation in epoxy resins under dynamic loadings. For that purpose, we manufacture notched specimens made of pure Hexply RM21 epoxy resin which is mainly used in aeronautics. An experimental procedure is developed and validated in order to estimate initiation and propagation fracture toughness on a 3-points bending test associated to a servo-hydraulic testing machine. Experimental results demonstrate that the dynamic fracture toughness highly increases with the crack propagation speed while the initiation toughness decreases with the impact velocity. These evolutions are consistent with post-mortem micrographic observations that show intensifying fracture mechanisms. Finally, a cohesive law is defined and identified to take into account the dynamic dependency of crack initiation and propagation in the considered epoxy resin
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Chantrait, Teddy. "Approche multiéchelle en espace et en temps pour la prévision des endommagements dans les structures composites soumises à un impact de faible énergie." Thesis, Lyon, INSA, 2014. http://www.theses.fr/2014ISAL0129/document.
Full textAbstract:
Les stratifiés composites sont de plus en plus utilisés dans les pièces de structures des aéronefs ce qui fait émerger de nouvelles problématiques comme celle des Impacts de Faible Energie (IFE). En effet, bien qu’ils possèdent des propriétés rapportées à leur masse très intéressantes ces matériaux peuvent être vulnérables aux petits chocs. Or, compte tenu des nombreux paramètres influents lors d’un tel impact (énergie, vitesse, stratification...), les essais actuellement majoritairement privilégiés à l’échelle industrielle sont long et coûteux. Ainsi, l’apport de la simulation numérique pourrait être d’une grande aide pour les constructeurs. La pratique du « virtual testing », en particulier, permettrait d’aller dans cette direction ce qui aurait pour effet de rationaliser les campagnes d’essais et les coûts financier qui en découlent. Cependant, elle peine à être mise en place ici car le temps CPU nécessaire pour la simulation fine des ndommagements induits par les IFE est trop important avec les méthodes actuelles. Partant de ce constat, ce travail a consisté à tirer avantageusement partie de la localisation spatiale et temporelle des délaminages, fissurations matricielles et ruptures de fibres qui peuvent apparaître pendant l’impact pour diminuer le coût de calcul. Ainsi une méthode multiéchelle en espace et en temps a été mise en place. Elle consiste à découper la structure impactée en deux zones. L’une est située autour du point d’impact, elle contient l’ensemble des non-régularités du problème (contact, loi adoucissante, modèle de zone cohésive). Elle est traitée avec le code de dynamique explicite Europlexus. L’autre correspond à la partie complémentaire. Le problème mécanique y est beaucoup plus régulier et il est traité avec le code de dynamique implicite Zset/Zébulon. Un couplage peu intrusif basé sur la méthode GC est donc réalisé entre ces deux codes. Il permet d’utiliser une modélisation adaptée dans chacune des deux régions ce qui permet en particulier d’utiliser des pas de temps différents. Un rapport supérieur à 1000 peut ainsi être obtenu entre celui du code explicite fixé par la condition de stabilité et celui utilisé dans la partie complémentaire. Un gain de temps CPU significatif confirmé par la simulation d’un impact réalisé sur un panneau composite raidi est ainsi obtenu. Il est également montré que la répartition implicite/explicite peut évoluer au cours du calcul. Pour cela un mécanisme de bascule a été mis en place. Il permet ainsi de faire transiter la résolution d’une partie de la structure initialement traitée dans le code Zebulon dans Europlexus. Un gain de temps supplémentaire est alors obtenu grâce à cette méthode sur le même cas d’applicationThe composite laminates are increasingly used in aircraft structural parts which lead to new issues such as the Low Energy Impacts (LEI). Indeed, although they have well mechanical properties relative to their mass, small shocks may be very harmfull for laminates. Controlling such situations is essential for manufacturers that why lot of testing campaigns are currently performed. Yet, they are time consuming and expensive considering the many influential parameters (energy, speed, layup...). Numerical simulations of this phenomenon by practicing the so called “virtual testing” process could be really helpfull to rationalize testing campaigns in order to save money. Yet, this practice remain currently hard to do at the industrial scale due to the excessive CPU time required for fine simulation of damages induced by the LEI. Based on this observation, this work has consisted in taking advantage of the spatial and temporal location of delamination, matrix cracking and fiber breakage that can occur during impact in order to reduce the computational cost. Thus, a space and time multiscale method has been put in place. The impacted structure is split into two areas. One is located around the impacted point, it contains all the non-regularities of the problem (contact, softening law, cohesive zone model). This domain is treated with the explicit dynamics code Europlexus. The other one corresponds to the complementary part. The mechanical problem is much more regular and it is treated with the implicit dynamics code Zset / Zebulon. A low intrusive coupling based on the GC method is carried out between these two codes. It allows to use an adapted model in both regions different time step are in particular used. A time step ratio upper to 1000 can be reach between the one of the explicit code set by the stability condition and the one used in the complementary part. As a results, significant CPU time is saved. This is confirmed by the simulation of a stiffened composite panel impacted. It is also shown that the implicit / explicit allocation can change over the calculation. To do that, a switch mechanism has been established. It thus makes it possible to transit the resolution of a portion of the structure initially solved in the code Zebulon to Europlexus. As a results, further gain is obtained
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Zacharopoulos, Marios. "Simulation numérique des fissures et du comportement ductile-fragile de l’aluminium et du fer." Electronic Thesis or Diss., Paris 6, 2017. http://www.theses.fr/2017PA066038.
Full textAbstract:
L'objectif principal de la présente dissertation est d'étudier le rôle des fissures pointues sur le comportement mécanique des cristaux sous charge à l'échelle atomique. La question d'intérêt est la façon dont un cristal pur, qui contient une seule fissure en équilibre mécanique, se déforme. Deux métaux ont été considérés: l'aluminium, qui est ductile à toute température, et le fer, transformé de ductile en fragile à une température décroissante inférieure à T=77K. Les forces de cohésion dans les deux métaux ont été modélisées via les potentiels phénoménologiques "n-body". A (010)[001] mode I nano-crack a été introduit dans le réseau cristallin parfait de chacun des métaux étudiés en utilisant des déplacements appropriés attribués par l'élasticité anisotrope. A T=0K, des configurations de fissures à l'équilibre ont été obtenues par minimisation d'énergie avec un type mixte de conditions aux limites. Les deux modèles ont révélé que les configurations de fissures restaient stables sous une gamme finie de contraintes appliquées en raison de l'effet de piégeage en treillis. La présente thèse propose une nouvelle approche pour interpréter le comportement mécanique intrinsèque des deux systèmes métalliques sous le chargement. En particulier, la réponse ductile ou fragile d'un système cristallin peut être déterminée en examinant si la barrière de piégeage en treillis d'une fissure préexistante est suffisante pour provoquer le glissement de dislocations statiques préexistantes. Les résultats des simulations ainsi que les données expérimentales démontrent que, selon le modèle proposé, l'aluminium et le fer sont ductiles et fragiles à T=0K, respectivementThe principal aim of the present dissertation is to investigate the role of sharp cracks on the mechanical behaviour of crystals under load at the atomic scale. The question of interest is how a pure crystal, which contains a single crack in mechanical equilibrium, deforms. Two metals were considered: aluminium, ductile at any temperature below its melting point, and iron, being transformed from ductile to brittle upon decreasing temperature below T=77K. Cohesive forces in both metals were modeled via phenomenological n-body potentials. A (010)[001] mode I nano-crack was introduced in the perfect crystalline lattice of each of the studied metals by using appropriate displacements ascribed by anisotropic elasticity. At T=0K, equilibrium crack configurations were obtained via energy minimization with a mixed type of boundary conditions. Both models revealed that the crack configurations remained stable under a finite range of applied stresses due to the lattice trapping effect. The present thesis proposes a novel approach to interpret the intrinsic mechanical behaviour of the two metallic systems under loading. In particular, the ductile or brittle response of a crystalline system can be determined by examining whether the lattice trapping barrier of a pre-existing crack is sufficient to cause the glide of pre-existing static dislocations on the available slip systems. Simulation results along with experimental data demonstrate that, according to the model proposed, aluminium and iron are ductile and brittle at T=0K, respectively
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Boukhili, Rachid. "Fissuration par fatigue des polyamides : mécanismes." Compiègne, 1985. http://www.theses.fr/1985COMPD005.
Full text
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Eid, Elie. "Towards a multi-scale analysis of dynamic failure in architectured materials." Thesis, Ecole centrale de Nantes, 2021. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-03670412.
Full textAbstract:
Durant ces dernières années, on a vu un intérêt de plus en plus marqué pour de nouveaux matériaux avancés appelés matériaux architecturés. On s’intéresse à la fissuration de matériaux architecturés dans lesquels la séparation d'échelle n’est pas toujours bien établie. Ceci se traduit par de fortes interactions entre le front de la fissure et l’architecture du matériau indépendamment de l'échelle considérée. De plus, sous chargements dynamiques, des ondes élastiques entrent en jeu et les interactions entre le front de la fissure, les ondes élastiques et la microstructure pilotent ensemble le comportement global de la structure. Dans cette thèse, trois types de matériaux architecturés (microstructures) sont considérés : un réseau de trous périodique et deux réseaux quasi-périodiques type Penrose. L'analyse est divisée en trois parties. Pour étudier l'influence de la microstructure sur la propagation des fissures à différentes échelles, dessimulations numériques de rupture sont analysées ; ces simulations montrent une meilleure résistance des matériaux quasi-périodiques à la propagation des fissures. De plus, on développe une approche de changement d’échelle “bottom-up” qui n’a pas recours à la notion de volume élémentaire représentatif. Celle-ci permet donc une évaluation multi-échelle cohérente des propriétés effectives à la rupture des microstructures périodiques et quasi-périodiques. On montre ainsi l’inévitabilité de la prise en compte d'un milieu effectif non-homogène pour modéliser avec précision la réponse globale d’un matériau en tenant compte de sa sous-structure. En dynamique, une analyse de l'influence de l'architecture sur l'atténuation des ondes élastiques montre une meilleure performance des réseaux quasipériodiques. De plus, pour comprendre le ou les mécanismes régissant le phénomène de branchement dynamique dans un milieu homogène, un critère basé sur la mécanique de la rupture dynamique est développé et validé sur une nouvelle configuration expérimentale où l'imagerie à haute vitesse et haute résolution est combinée à la corrélation d'images numériques pour capturer les phénomènes marquants. Le rôle incontestable que joue la contrainte T dans le branchement dynamique est mis en avant. Cette thèse fournit ainsi les outils nécessaires à une analyse multiéchelle de la rupture dynamique des matériaux architecturésArchitectured materials are a rising class of materials that provide tremendous possibilities in terms of functional properties. Interest is drawn on the failure of architectured materials in which scale separation ceases to exist. This directly translates to strong interactions between a crack tip and the architecture independently of the considered scale. Moreover, under dynamic loadings, stress-waves come into play and interactions between the crack-tip, the microstructure (architecture) and the stress-waves eventually pilot together the structural behaviour. In this thesis, three types of architectured materials are considered: one periodic and two Penrose-type quasi-periodic lattices of holes. The analysis is broken into three parts. To study the influence of the microstructure on crack-propagat ion at different scales, numerical simulations of failure are analysed; they show improved resistance to crack propagation in the quasi-periodic materials. At the core of the work is also the development of a coarse-graining technique that requires no representative volume element. This technique allows for a physically consistent multiscale evaluation of the effective failure properties of the architectures. The inevitability of the consideration of a non-homogeneous effective medium to accurately model microstructural effects at larger scales is highlighted. In dynamics, the influence of the architectures on the stress-wave attenuation shows improved attenuation properties of the quasi-periodic lattices. Moreover, to understand the mechanism(s) governing the dynamic branching phenomenon in a homogeneous material, a criterion based on dynamic fracture mechanics is developed and validated on a novel experimental setup where Ultra-High-Speed-High- Resolution imaging is combined with Digital Image Correlation to capture extraordinary phenomena. The unquestionable role of T-stress in dynamic branching is put forth. This thesis brings forth the necessary tools towards a multi-scale analysis of dynamic failure of architectured materials
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Ulm, Franz-Josef. "Modélisation élastoplastique avec endommagement du béton de structure. Application aux calculs statiques et dynamiques de structures en béton armé et béton précontraint." Phd thesis, Ecole Nationale des Ponts et Chaussées, 1994. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00529366.
Full textAbstract:
Le but de cette thèse est l'étude prédictive par calcul aux éléments finis des effets de la fissuration à l'échelle de structures en béton armé et précontraint soumises à des chargements statiques, cycliques et dynamiques. Il s'agit d'une part de préciser les lois de comportement des matériaux constitutifs de ces structures, et d'autre part de développer des outils numériques adaptés. Pour la modélisation du comportement du béton, un modèle du comportement macroscopique est présenté, couplant la plasticité à l'endommagement. Pour la partie plastique, il s'agit d'adapter la loi élastoplastique au comportement spécifique du béton. La (micro)fissuration du matériau est représentée à l'échelle macroscopique en termes de déformations plastiques, et l'apparition et l'évolution du dommage par l'évolution de variables plastiques. En particulier, la porosité plastique modélise la variation irréversible de l'espace poreux connecté créé par (micro)fissuration. Cette signification physique est à la base du couplage phénoménologique de la plasticité et de l'endommagement : les effets du dommage sont modélisés par une variation des caractéristiques élastiques fonction de la variable d'endommagement choisie : la porosité plastique. Cette loi de comportement est utilisée au sein d'un élément fini particulier : l'élément poutre multifibre, issu de l'extension des approches multicouches au cas tridimensionnel. L'outil numérique développé permet de prendre en compte des phénomènes non-linéaires tant matériels que géométriques dans l'analyse de structures à poutres sous des chargement divers avec un temps de calcul raisonnable. Pour l'application au cas des structures en béton précontraint, la formulation prend en compte des déplacements relatifs (glissement) entre câble précontraint et béton : la précontrainte est traitée comme un problème de condition aux limites à l'interface acier-béton. Ces développements sont mis en oeuvre dans un code de calcul par éléments finis. Au travers d'exemples d'applications numériques, le domaine d'application et les limites des outils proposés sont précisés. Ces outils se veulent une aide à la conception pour les ingénieurs, dans les études prédictives des effets du dommage à l'échelle des structures.
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Asali, Mehdi. "Modélisation et prévision du comportement thermo-hydro-mécanique d’une paroi en béton : application au cas des enceintes de confinement des bâtiments réacteurs nucléaires." Thesis, Lille 1, 2016. http://www.theses.fr/2016LIL10143/document.
Full textAbstract:
L’enceinte de confinement est la dernière barrière de protection des bâtiments réacteurs nucléaires (BR), mais les mécanismes de vieillissement du béton précontraint peuvent dégrader l’étanchéité de l’enceinte interne (EI) des BR à double paroi au cours du temps. C’est une problématique majeure pour l’exploitation à long terme et l’extension de la durée de vie des BR tout en respectant les exigences de sûreté. La taille de telles structures et la complexité de tous les phénomènes couplés qui interagissent à différentes échelles rendent difficile la mise au point d’un outil industriel opérationnel de modélisation. Dans ce contexte, cette thèse introduit une stratégie numérique de prévision du taux de fuite des EI en exploitation. Elle repose sur une discrétisation adaptée par macroéléments, sur une modélisation thermo-hydro-mécanique chainée faiblement couplée physiquement représentative et sur un élément fini 3D spécialement conçu pour calculer les transferts à travers le béton insaturé et fissuré. La stratégie proposée a été appliquée à la maquette d’enceinte VeRCoRs (échelle 1/3) : les résultats obtenus sont validés avec les données expérimentales disponibles jusqu’au premier essai de mise sous pression puis prolongés jusqu’au troisième.La stratégie proposée permet aux opérateurs de :- Prendre en compte les variabilités et incertitudes des paramètres d’intérêt et de quantifier leur impact sur le taux de fuite total ;- Introduire les défauts relevés au cours d’inspections visuelles dans le calcul ;- Anticiper et optimiser les actions de mitigation des fuites pour éviter un prolongement d’arrêt de tranche et les pertes d’exploitation associéesThe containment building represents the third and last protection barrier of nuclear reactors buildings (NRB). Yet ageing mechanisms of prestressed concrete could strongly affect the tightness capacity of the inner containment of a double-wall reactor building over time. That is a major issue considering the long term operation and the possible life extension of NRB while ensuring safety and regulatory requirements. Considering the size of such structures and the complexity of all interacting phenomena, it is very difficult to build an industrial and operational tool modeling all the strong couplings occurring at different scales. In that context, this Ph.D. thesis introduces a numerical strategy aiming at forecasting the leakage rate evolution of inner containments during operation. It is based on an adapted macro-element mesh, on a simple but physically representative chained weakly-coupled thermo-hydro-mechanical modeling and on a 3D finite element specially designed for computing air leakage through unsaturated porous and cracked concrete. The proposed strategy has been applied to the scale 1:3 VeRCoRs mock-up: results are validated with available experimental data until the first internal pressurization test before being extended until the third one.The proposed strategy enables operators to:- Take into account variabilities and uncertainties of main parameters to quantify their impact on the total leak rate;- Numerically introduce defects coming from visual inspections;- Pre-empt and optimize leak mitigation actions to avoid outage extensions and associated losses of income
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Grégoire, David. "Initiation, propagation, arrêt et redémarrage de fissures sous impact." Phd thesis, INSA de Lyon, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00418626.
Full textAbstract:
Les risques liés à la propagation de fissures sous impact sont encore très difficiles à estimer. La détermination de critères de rupture dynamique uniquement à partir de résultats expérimentaux reste délicate. Ainsi la première étape pour valider des lois de propagation de fissures sous impact passe par le développement d'outils de simulation numérique. Depuis les années 1970, de nombreux codes de calcul mécanique ont été dédiés à l'étude de la propagation de fissures, notamment dans le cas du phénomène de fatigue. La principale difficulté consiste dans la nécessité de suivre la géométrie de la fissure au cours du temps. Ces dernières années, des méthodes alternatives basées sur la partition de l'unité ont permis une description implicite des discontinuités mobiles. C'est le cas de la méthode des éléments finis étendue (X-FEM) qui paraît particulièrement adaptée à la simulation de la propagation dynamique de fissures sous chargement mixte où les trajets de fissures ne sont pas connus a priori. Si ces outils numériques permettent maintenant de représenter l'avancée dynamique d'une fissure, les résultats numériques doivent être comparés à des résultats expérimentaux pour s'assurer que les lois introduites sont physiquement fondées. Notre objectif est donc de développer conjointement des techniques expérimentales fiables et un outil de simulation numérique robuste pour l'étude des phénomènes hautement transitoires que sont l'initiation, la propagation, l'arrêt et le redémarrage de fissures sous impact.Des expériences de rupture dynamique ont donc été réalisées sur du Polyméthacrylate de méthyle (PMMA) durant lesquelles la mixité du chargement varie et des arrêts et redémarrages de fissures se produisent. Deux bancs d'essais différents ont été utilisé, le premier basé sur la technique des barres de Hopkinson (ou barres de Kolsky), le second mettant en jeu un vérin rapide. Le PMMA étant transparent, la position de la fissure au cours de l'essai a été acquise grâce à des caméras rapides mais aussi en utilisant un extensomètre optique (Zimmer), habituellement dédié à la mesure de déplacements macroscopiques d'un contraste noir/blanc. L'utilisation de cet extensomètre pour suivre la fissure au cours de l'essai a permis d'obtenir une localisation très précise de la pointe de la fissure en continu, permettant ainsi l'étude des phases transitoires de propagation. Afin d'étudier le même phénomène dans des matériaux opaques comme les aluminiums aéronautiques (Al 7075), des techniques de corrélation d'images numériques ont été employées en mouchetant les éprouvettes impactées. De nouveaux algorithmes ont été développés afin de traiter les images issues d'une caméra ultra-rapide (jusqu'à 400 000 images par seconde).
Plusieurs géométries ont été envisagées afin d'étudier différents cas de propagation dynamique : initiation en mode I pur, initiation en mode mixte, propagation, arrêt, redémarrage, interaction entre deux fissures, influence d'un trou sur le trajet d'une fissure, branchement dynamique de fissures. Ces expériences ont ensuite été reproduites numériquement afin de valider les algorithmes et les critères de rupture choisis.
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Perez, Romero Sergio Alejandro. "Approche experimentale et numérique de la fissuration réflective des chaussées : de la chaussée instrumentée au laboratoire en passant par la modélisation." Limoges, 2008. https://aurore.unilim.fr/theses/nxfile/default/8a632270-ccc9-4e1d-b0d9-864a330063c7/blobholder:0/2008LIMO4070.pdf.
Full textAbstract:
Dans le cadre de cette thèse on s'intéresse aux sollicitations mécaniques gouvernant les mécanismes de remontée de la fissuration à travers les couches de surface bitumineuses de chaussées. L'objet est de caractériser ces sollicitations afin de définir des protocoles de chargement pour piloter l'équipement de laboratoire MEFISTO du Laboratoire Régional d'Autun pour l'étude expérimentale de la fissuration réflective. La thèse s'articule selon deux phases principales. Dans une première phase, le phénomène de remontée de la fissuration est étudié sur des planches de chaussée expérimentales en vraie grandeur à l'aide des simulateurs de trafic lourd FABAC du LCPC. L'interprétation des résultats expérimentaux conduit à proposer un modèle numérique aux éléments finis 3D permettant de reproduire les états initiaux de sollicitations. Dans une deuxième phase ce modèle est utilisé pour déterminer les protocoles de pilotage de la machine de fissuration MEFISTOIn the domain of pavement maintenance, a major problem observed is the frequent incidence of reflective cracking over the top asphalted new layer. The object of this work is to determine the internal efforts in this layer in order to define the loading protocols for the reflective cracking testing machine called MEFISTO at the Laboratoire Regional d'Autun (LRA). In a first stage, the phenomenon of reflective cracking was studied on a small track in a full scale test using the Accelerated Pavement Testing (APT) machines FABAC of the LCPC. The experimental results have been compared with numerical calculations made with the CESAR-LCPC FEA software. This comparison has lead into a validation of the calculation hypothesis and into a better comprehension of the reflective cracking failure mechanism reproduced with the LCPC APT equipment. In a second stage, the FEA calculation method was used to define the loading protocols of the MEFISTO equipement
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Duplessis, Kergomard Yann. "Etude expérimentale et numérique de la fissuration intralaminaire et de l’initiation du délaminage de bord libre dans les structures stratifiées pseudo-tissées." Paris, ENMP, 2007. http://www.theses.fr/2007ENMP1508.
Full textAbstract:
Nous avons travaillé au cours de cette étude sur des plaques stratifiées en verre/époxy fabriquées à partir de préimprégnés pseudo-tissés. Ces composites sont sujets au délaminage et à la fissuration intralaminaire. L’étude se décompose en quatre grandes étapes. Tout d’abord, une campagne d’essais a été menée, au cours de laquelle les caractéristiques des endommagements intralaminaires transverses et leur cinétique d’évolution ont été déterminées. Cet endommagement présente beaucoup de points communs avec celui observé dans les matériaux non tissés. Toutefois, la structure tissée du matériau a des conséquences sur certaines de ces caractéristiques, en particulier sur sa cinétique d’évolution. Une deuxième campagne d’essais a été réalisée afin d’étudier le phénomène d’initiation du délaminage aux voisinages des bords. Dans ce but, une méthode d’observation optique innovante a été établie afin de pouvoir visualiser durant les essais les différents mécanismes de dégradation présents. Nous avons ainsi étudié l’influence de la fissuration intralaminaire et de la structure tissée sur le début du délaminage. En parallèle, ces endommagements ont été modélisés. Ainsi, un modèle de comportement à l’échelle mésoscopique, prenant en compte les dégradations intralaminaires, a été mis en place. Les effets dus à la refermeture incomplète des fissures a également été prise en compte dans le modèle. De plus, un critère d’initiation du délaminage a été établi. Le critère est construit à partir des composantes du vecteur contrainte de l’interface, moyennés sur une distance caractéristique. Enfin, une dernière phase a permis de valider le modèle et le critère sur des structures non trouées et trouéesGlass / Epoxy laminated structures made with pseudo woven prepregs are studied. In this kind of materials, delamination and intralaminar damages are usually observed. The study is divived in five main parts. First, intralaminar fissuration’s characteristics are experimentaly investigated. Many of this characteritics are very like the ones usually observed in non woven laminated composites. Still, the studied material’s pseudo woven structure have great influence on this damage, particularly for the damages’ kinetic evolution and its thickness effect. A second testing program was conducted to investigate on structures’ free egdes delamination initiation. To able to detecte and observe the differents damages developping on specimen’s free edges, an innovative optic method was established. A dye and a suitable lighting are used for this method. We have been able to study both effects of intralaminar damages and the material’s pseudo woven structure on delamination beginning. In addition, intralaminar damages have been modeled and a delamination initiation criterion have been established. Moreover, intralaminar damages modeling could take into account incomplete closing cracks effects. Delamination criterion is a stress criterion. It’s built with the delaminating interface’s stress vector of whom components are averaged on a characteristic distance. At last, the model and the criterion were validated on both non holed and holed specimens
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Jaafari, Chaimaa. "Effect of early age drying shrinkage on the seismic response of RC Structures." Thesis, Lyon, 2020. http://www.theses.fr/2020LYSEI113.
Full textAbstract:
Les structures en béton armé s'endommagent au cours de leur vie à cause de plusieurs facteurs : conditions thermiques, attaques chimiques, retrait, fluage, carbonatation, corrosion, etc. Ce processus d'endommagement débute dès les premiers jours de la vie de l'ouvrage et continue lors de son vieillissement. L'endommagement au jeune âge peut influencer significativement le comportement dynamique des structures en béton armé. En effet, la fréquence propre d'une structure, qui constitue un paramètre de dimensionnement, peut être fortement réduite à cause de cet endommagement. Afin de déterminer l'influence de l'endommagement dû aux effets du jeûne âge (0 à 28 jours) sur la réponse sismique d'une structure en béton armé, ce travail de thèse a combiné à la fois modélisations numériques et essais pseudo-dynamiques sur deux groupes de portiques en béton armé. Le premier groupe a été gardé en conditions endogènes (échanges hydriques avec l'extérieur empêchés) durant le jeune âge afin de limiter les effets du retrait de séchage (fissuration). Le second groupe a quant à lui été gardé en conditions non-endogènes (échange d'eau avec le milieu extérieur possible) similaires aux conditions de chantier, ce qui a induit un endommagement initial (fissurations) dû notamment à un retrait de séchage plus important. Les deux types de portiques ont été soumis à la fin de leur jeune âge au même chargement sismique au moyen d'essais pseudo-dynamiques. D'une part, ce manuscrit présente les résultats expérimentaux obtenus à travers la réalisation d'essais pseudo-dynamiques afin d'évaluer le comportement dynamique des portiques face à un séisme d'intensité modérée. Les structures ont été instrumentées en utilisant de la fibre optique, des capteurs de déplacement et de force ainsi que des vélocimètres et de la corrélation d'image. D'autre part, le modèle numérique en poutres multifibres qui a été développé pour les portiques et qui permet de suivre l'évolution de leur endommagement au jeune âge et de déterminer leur réponse lorsqu'ils sont soumis à un accident sismique est présenté. Dans ce modèle numérique, le retrait et les déformations thermiques du béton sont calculés avant d'être réinjectés dans un modèle d'endommagement couplé permettant de tenir compte des effets de fluage et de déformations mécaniques. Le modèle numérique a été validé en comparant ses résultats à ceux obtenus expérimentalement, ce qui a permis d'évaluer l'évolution de fréquences propres des deux types de structures au jeune âge ainsi que de quantifier leur différence de comportement dans le domaine non-linéaire. Les travaux menés dans le cadre de cette thèse ont donc permis de proposer un modèle complet pour les structures en béton armé qui peut être utilisé afin de suivre l'évolution de leur endommagement allant de leur réalisation à l'application d'un accident sismique et de quantifier leur vulnérabilité sismiqueReinforced Concrete (RC) structures get damaged over time due to many factors: thermal conditions, chemical attacks, shrinkage, creep, carbonation, corrosion, etc. This damaging process starts at early-age and continues with structure aging. Early age damage can have a significant impact on the dynamic behavior of reinforced concrete structures. In fact, the natural frequency of a structure, which is a design parameter can be highly reduced due to this damage. In order to quantify the impact of early-age damage (0 to 28 days) on the seismic response of a reinforced concrete structure, this thesis combined both numerical modeling and pseudo-dynamic tests on two types of RC portal frames. The first one was kept in endogenous conditions (water exchange with the surrounding environment was prevented) during its early age period in a way to limit drying effects leading to cracks. As for the second one, it was kept in non-endogenous conditions (possibility of water exchange with the surrounding environment) similar to construction site conditions, which induced an initial damage (cracks apparition) due to a more important drying shrinkage. Both types of RC portal frames were subjected after their early age period to the same seismic loading using pseudodynamic tests. On the one hand, this manuscript presents the experimental results obtained through the use of pseudodynamic tests in order to evaluate the behavior of the two types of RC structures under a moderate intensity earthquake. The structures were instrumented using optical fiber sensors, displacement and load sensors, velocimeters and monitored using Digital Image Correlation. On the other hand, the enhanced multifiber beam model that was developed for the portal frames in order to follow their early age damage and to determine their static and dynamic behavior while accounting for their early age effects is presented. In this numerical model, shrinkage and concrete thermal deformations are calculated and then introduced as inputs of a coupled damage model accounting for creep and mechanical deformations. Such model was validated by comparing its results to the ones obtained experimentally, which made it possible to evaluate the evolution of frequency content of the two types of structures during early age and to quantify their difference of behavior in the non-linear domain. Work conducted within this thesis thus allowed proposing a complete model for reinforced concrete structures that can be used in order to follow their damage evolution from casting until being subjected to a seismic load and to quantify their seismic vulnerability
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Baglion, Laurent de. "Comportement et endommagement en fatigue oligocyclique d'un acier inoxydable austénitique 304L en fonction de l'environnement (vide, air, eau primaire REP) à 300°C." Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2011. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00623190.
Full textAbstract:
La prise en compte des effets du milieu eau primaire REP (Réacteur à Eau Pressurisée), sur la durée en vie en fatigue des composants de réacteurs, est aujourd'hui exigée par certaines autorités de sûreté pour la conception ou la prolongation des licences d'exploitation des centrales nucléaires. Ainsi, ce travail a eu pour objectif la compréhension des cinétiques et des mécanismes d'endommagement en fatigue oligocyclique de l'acier inoxydable austénitique 304L. Différents paramètres d'essai (température, vitesse et amplitude de déformation) ont été testés dans l'air ainsi qu'en milieu primaire. Par le biais d'essais ciblés, conduits sous vide, l'influence intrinsèque de ces paramètres et des environnements air et eau REP sur le comportement en fatigue ont été étudiés. Il ressort de cette étude que l'air est un milieu actif qui entraîne par rapport au vide une chute de la durée de vie en fatigue de l'acier 304L, notamment à 300°C et faible amplitude de déformation. Le milieu eau REP est encore plus actif et entraîne par rapport à l'air une accélération des cinétiques d'endommagement, indépendante de l'amplitude de sollicitation dans le domaine élasto-plastique, sans modifications de la nature des sites d'amorçage ou des modes de propagation des fissures. De plus, la chute de durée de vie en milieu primaire est essentiellement attribuée à l'accélération des phases d'amorçage et de micropropagation (croissance des fissures courtes) plus qu'à l'augmentation des vitesses de propagation des fissures longues. Enfin, l'influence néfaste d'une diminution de la vitesse de déformation sur la durée de vie en milieu eau REP a également été constatée dans l'air et même sous videNowadays, for nuclear power plants licensing or operating life extensions, various safety authorities require the consideration of the primary water environment effect on the fatigue life of Pressurized Water Reactor (PWR) components. Thus, this work focused on the study of low cycle fatigue damage kinetics and mechanisms, of a type 304L austenitic stainless steel. Several parameters effects such as temperature, strain rate or strain amplitude were investigated in air as in PWR water. Thanks to targeted in-vacuum tests, the intrinsic influence of these parameters and environments, on the fatigue behaviour of the material, was studied. It appears that compared with vacuum, air is already an active environment which is responsible for a strong decrease in fatigue lifetime of this steel, especially at 300°C and low strain amplitude. The PWR water coolant environment is more active than air and leads to increased damage kinetics, independently of the strain amplitude in the elastoplastic domain and without any modifications of the initiation sites or propagation modes. Moreover, the decreased fatigue life in PWR water is essentially attributed to an enhancement of both initiation and micropropagation of "short crack". Finally, the deleterious influence of low strain rates on the 304L austenitic stainless steel fatigue lifetime was observed in PWR water environment, in air and also in vacuum any environmental effects
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Zacharopoulos, Marios. "Simulation numérique des fissures et du comportement ductile-fragile de l’aluminium et du fer." Thesis, Paris 6, 2017. http://www.theses.fr/2017PA066038/document.
Full textAbstract:
L'objectif principal de la présente dissertation est d'étudier le rôle des fissures pointues sur le comportement mécanique des cristaux sous charge à l'échelle atomique. La question d'intérêt est la façon dont un cristal pur, qui contient une seule fissure en équilibre mécanique, se déforme. Deux métaux ont été considérés: l'aluminium, qui est ductile à toute température, et le fer, transformé de ductile en fragile à une température décroissante inférieure à T=77K. Les forces de cohésion dans les deux métaux ont été modélisées via les potentiels phénoménologiques "n-body". A (010)[001] mode I nano-crack a été introduit dans le réseau cristallin parfait de chacun des métaux étudiés en utilisant des déplacements appropriés attribués par l'élasticité anisotrope. A T=0K, des configurations de fissures à l'équilibre ont été obtenues par minimisation d'énergie avec un type mixte de conditions aux limites. Les deux modèles ont révélé que les configurations de fissures restaient stables sous une gamme finie de contraintes appliquées en raison de l'effet de piégeage en treillis. La présente thèse propose une nouvelle approche pour interpréter le comportement mécanique intrinsèque des deux systèmes métalliques sous le chargement. En particulier, la réponse ductile ou fragile d'un système cristallin peut être déterminée en examinant si la barrière de piégeage en treillis d'une fissure préexistante est suffisante pour provoquer le glissement de dislocations statiques préexistantes. Les résultats des simulations ainsi que les données expérimentales démontrent que, selon le modèle proposé, l'aluminium et le fer sont ductiles et fragiles à T=0K, respectivementThe principal aim of the present dissertation is to investigate the role of sharp cracks on the mechanical behaviour of crystals under load at the atomic scale. The question of interest is how a pure crystal, which contains a single crack in mechanical equilibrium, deforms. Two metals were considered: aluminium, ductile at any temperature below its melting point, and iron, being transformed from ductile to brittle upon decreasing temperature below T=77K. Cohesive forces in both metals were modeled via phenomenological n-body potentials. A (010)[001] mode I nano-crack was introduced in the perfect crystalline lattice of each of the studied metals by using appropriate displacements ascribed by anisotropic elasticity. At T=0K, equilibrium crack configurations were obtained via energy minimization with a mixed type of boundary conditions. Both models revealed that the crack configurations remained stable under a finite range of applied stresses due to the lattice trapping effect. The present thesis proposes a novel approach to interpret the intrinsic mechanical behaviour of the two metallic systems under loading. In particular, the ductile or brittle response of a crystalline system can be determined by examining whether the lattice trapping barrier of a pre-existing crack is sufficient to cause the glide of pre-existing static dislocations on the available slip systems. Simulation results along with experimental data demonstrate that, according to the model proposed, aluminium and iron are ductile and brittle at T=0K, respectively
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Roux, Stéphane. "Structures et désordres." Phd thesis, Ecole Nationale des Ponts et Chaussées, 1990. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00523045.
Full textAbstract:
Les propriétés de transport linéaire et certaines lois de comportement non linéaires des milieux désordonnés sont étudiées à la lumière de progrès récents de la physique statistique des milieux hétérogènes. Une emphase particulière est mise sur les situations où les approches d'homogénéisation sont inapplicables dans la mesure où le concept même de volume élémentaire représentatif est pris en défaut. Nous utilisons en revanche les notions de point critique, de lois d'échelle, d'exposant critique, de fractals, et de structures auto-affinés à propos de nombreux modèles introduits et discutés. Sont successivement considérés, la théorie de la percolation de connexité et de forces centrales, la théorie des chemins minimaux, et finalement certains modèles de rupture fragile de milieux inhomogènes. Dans tous ces cas, le rôle joué par le désordre tant géométrique que dans les propriétés des constituants élémentaires, est souligné. Une place importante est réservée à une revue de nombreux résultats publiés dans la littérature ainsi qu'à des simulations numériques les concernant.
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Do, Xuan Nam. "Localized failure in dynamics for brittle and ductile materials." Thesis, Compiègne, 2017. http://www.theses.fr/2017COMP2356.
Full textAbstract:
La défaillance des matériaux et structures d'ingénierie peut être considéré comme le résultat d'une interaction complexe entre différents phénomènes physiques tels que la nucléation des cavités, les microfissures, les microvides et d'autres processus irréversibles. Ces micro-défauts se fondent éventuellement en une ou plusieurs macro-fissures conduisant à une diminution de la capacité portante et finalement à une défaillance de la structure considérée. La prévention des défaillances des structures et des composants structurels a toujours été un sujet important et une préoccupation majeure en ingénierie. Cette thèse vise à représenter une défaillance localisée dans des matériaux non linéaires sans dépendance de maillage. Un intérêt particulier sera le cas de l’adoucissement dynamique des déformations. Les phénomènes localisés sont pris en compte en utilisant l'approche des discontinuités embarquées fortes dans laquelle le champ de déplacement est amélioré pour capturer la discontinuité. Sur la base de cette approche, on a d'abord développé un modèle unidimensionnel de barres élasto-plastique capable de représenter une défaillance pour des matériaux ductiles avec un durcissement combiné dans une zone de processus de fracture FPZ et un adoucissement avec des discontinuités fortes encastrées. Les résultats comparant le modèle unidimensionnel proposé aux travaux (semi-) analytiques sont présentés. Il a été démontré que la stratégie proposée offre des solutions indépendantes de maillage. La déformation augmente dans le domaine de l’adoucissement avec une diminution simultanée de la contrainte. Le problème se décharge élastiquement à l'extérieur de la zone d’adoucissement de déformation. L'énergie dissipée se trouve à disparaître. Le modèle a également été comparé à un modèle de dommage unidimensionnel capable de représenter la fracture dynamique de la barre d'endommagementélasto-endommagée dans la zone de traitement de fracture - FPZ et de adoucissement avec de discontinuités fortes encastrées pour trouver un bon accord entre deux modèles. Un modèle d'éléments finis bidimensionnel a été développé, capable de décrire à la fois le mécanisme de dommage diffus accompagné d'un durcissement initial et d'une réponse d’adoucissement ultérieure de la structure. On a analysé les résultats de plusieurs simulations numériques effectuées sur des essais mécaniques classiques sous des charges progressivement croissantes telles que le test Brésilien ou le test de flexion en trois points. Le cadre de dynamique proposé est montré pour augmenter la robustesse de calcul. On a constaté que la direction finale des macro-fissures est assez bien prédite et que l'influence des effets d'inertie sur les solutions obtenues est assez modeste notamment en comparaison entre différentes mailles. Ce modèle bidimensionnel a été étendu plus loin dans le modèle bidimensionnel de discontinuité intégrée en viscodamage pour aider à explorer brièvement la mise en œuvre du schéma de point intermédiaire de second ordre qui peut fournir des résultats améliorés sous limitation de la régularisation visqueuse du modèle de dégâts localisésFailure of engineering materials and structures can be considered as a result of a complex interplay between different physical phenomena such as nucleation of cavities, microcracks,microvoids and other irreversible processes. These micro-defects eventually coalesce into one or more macro-cracks leading to a decrease in the load-bearing capability and finally, to failure of the structure under consideration. Prevention of failure of structures and structural parts has always been a critical subject and a major concern in engineering. This thesis aims to represent localized failure in non linear materials without mesh dependency. Of special interest will be the case of dynamic strain-softening. Localized phenomena are taken into account by using the embedded strong discontinuities approach in which the displacement field is enhanced to capture the discontinuity. Based upon this approach, a one-dimensional model for elasto-plastic bar capable of representing failure for ductile materials with combined hardening in FPZ-fracture process zone and softening with embedded strong discontinuities was first developed. Results comparing the proposed one-dimensional model to (semi-) analytical works are presented. It was shown that the proposed strategy provides mesh independent solutions. Strain increases in the softening domain with a simultaneous decrease of stress. The problem unloads elastically outside the strain softening region. The strain energy is found to vanish. The model was also compared with a one dimensional damage model capable of representing the dynamic fracture for elasto-damage bar with combined hardening in fracture process zone - FPZ and softening with strong embedded discontinuities to find a good agreement between two models. A two-dimensional finite element model was developed, capable of describing both the diffuse damage mechanism accompanied by initial strain hardening and subsequent softening response of the structure. The results of several numerical simulations, performed on classical mechanical tests under slowly increasing loads such as Brazilian test or three-point bending test were analyzed. The proposed dynamics framework is shown to increase computational robustness. It was found that the final direction of macro-cracks is predicted quite well and that influence of inertia effects on the obtained solutions is fairly modest especially in comparison among different meshes. This two-dimensional model was expanded further into the two dimensional continuum viscodamage-embedded discontinuity model to help briefly explore the implementation of the second order mid-point scheme that can provide improved results under limitation of viscous regularization of localized failure damage model
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Giry, Cedric. "Modélisation objective de la localisation des déformations et de la fissuration des structures en béton soumises à des chargements statiques ou dynamiques." Phd thesis, Université de Grenoble, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00697769.
Full textAbstract:
Dans une problématique d'analyse de la durabilité des structures en béton armé, la quantification de la localisation des déformations et des propriétés des fissures sont deux points clés. Ce travail présente une méthode permettant, dans le cadre de la mécanique des milieux continus, d'améliorer la description de l'évolution de la localisation des déformations. En se basant sur une approche continue du problème, l'évolution des nonlinéarités dans le béton est décrite au travers d'un modèle d'endommagement régularisé. Pour améliorer la description de la localisation des déformations, une modification de la méthode de régularisation nonlocale intégrale sur les variables internes est proposée. L'influence de l'état de contrainte sur les interactions nonlocales est introduite dans la régularisation, afin de prendre en compte la dégradation de la structure ainsi que l'influence des conditions aux limites sur les interactions nonlocales. Cette méthode, implantée dans le code aux éléments finis Cast3M, est validée sur différents cas tests analysant l'évolution des nonlinéarités de l'enclenchement de l'endommagement jusqu'à la rupture et permet notamment de résoudre des pathologies identifiées pour la méthode nonlocale originale. La comparaison avec des résultats expérimentaux montre également la capacité du modèle à décrire l'évolution de la fissuration dans une structure. Le modèle développé est ensuite utilisé pour analyser le comportement de structures en béton armé et sert de base pour introduire une description de la fissuration dans une modélisation simplifiée de type poutre multifibre. A partir de calcul 3D sur des éléments en béton armé utilisant le modèle développé, une loi uniaxiale est identifiée pour déterminer la fissuration dans une fibre en fonction de l'énergie dissipée par le modèle d'endommagement. Une comparaison avec des résultats expérimentaux est effectuée et montre la capacité de cette approche simplifiée à estimer la fissuration.
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Glacet, Arthur. "Study of quasi-periodic architectured materials : Vibrations, dynamic fracture and homogenization." Thesis, Lyon, 2018. http://www.theses.fr/2018LYSEI062/document.
Full textAbstract:
Les Structures atomiques Quasi-périodiques (QP) possèdent des propriétés particulières, notamment dans le domaine vibrationnel. Il pourrait être intéressant de pouvoir transférer ces propriétés à des méta-matériaux macroscopiques. Des réseaux de poutres quasi-périodiques 2D sont étudiés dans cette thèse dans le cadre du modèle élément finis (EF) poutre Euler Bernoulli. Ces réseaux de poutres peuvent facilement être produits par fabrication additive ou par découpe laser. Il est possible de faire varier l'élancement des poutres (le ratio hauteur sur longueur) qui est un paramètre intéressant pour modifier la réponse mécanique du réseau. En utilisant la méthode EF, l'influence de l'élancement des poutres sur la réponse vibratoire des réseaux de poutres QP est étudiée. La méthode numérique Kernel Polynomial (KPM) est adaptée avec succès de la dynamique moléculaire aux réseaux de poutres pour étudier leurs modes de vibration sans avoir à diagonaliser complètement la matrice dynamique. Les réseaux de poutres QP présentent des propriétés similaires à leur compère atomique: en particulier la localisation de modes sur des sous-structures et une relation de dispersion hiérarchisée. Le comportement à la fracture est aussi étudié étant donné que les symétries présentes dans les QP pourraient permettre des réseaux de poutres ne présentant pas de plans faibles pour la propagation de fissures. Cela a été démontré d'après des calculs EF statiques avec un critère de fracture fragile sur l'énergie de déformation. Les simulations statiques ne suffisent pas car elles ne peuvent pas capturer les phénomènes dynamiques complexes qui apparaissent lors de la fissuration fragile. Les propriétés de vibration du QP pourraient aussi avoir un impact sur la propagation dynamique de fissure. Un modèle dynamique de fissuration est développé afin d'étudier l'impact de l'élancement sur la capacité des réseaux de poutres QP à dissiper de l'énergie par fissuration. Finalement une méthode Coarse Graining est développée pour identifier un milieu Cosserat continu équivalant au réseau de poutres QP pour différentes échelles. Cette méthode permet d'identifier la densité, les déformations, les contraintes et donc les modules d'élasticité du milieu Cosserat équivalent, permettant ainsi une meilleure compréhension du rôle des sous structures précédemment identifiéesQuasi periodic (QP) structures have shown peculiar properties in the atomistic domain, especially the vibrational one. It could be interesting to be able to transpose these properties in macroscopic meta-materials. Quasi periodic 2D beam lattices are studied in this thesis due to the simplicity of the Euler Bernoulli finite element (FE) model. These beam lattices can easily be produced by additive manufacturing or by laser cutting. It is possible to vary the beam slenderness (i.e the ratio of height over length) that is a interesting parameter to modify the mechanical response of the lattice. Using finite element method, the influence of the beam slenderness over the vibration behavior of the QP beam lattices will be studied. The Kernel Polynomial numerical Method (KPM) is successfully adapted from molecular dynamics simulations in order to study vibrational modes of FE beam lattices without having to fully diagonalize the dynamical matrix. The QP lattices show similar properties as their atomic counterpart e.g mode localization over sub-stuctures and hierarchical dispersion relation. The fracture behavior is also studied, as the special symmetries allowed by the quasi periodicity could result in beam lattices without weak planes for crack propagation. It was proved to be true from static FE simulations with a brittle strain energy breaking criterion. Static simulations were not enough and do not grasp the complex dynamical phenomena taking place in brittle fracture. A dynamic crack propagation model was thus developed. The vibrational properties of quasi periodic structures could also have an impact on the dynamic crack propagation. Several simulations are run in order to study the impact of the slenderness on the energy dissipated by fracture of QP lattices. Finally, a coarse graining method (CG) was developed to identify a continuous Cosserat medium at different scales from the FE beam model. This CG method allows to identify, density, strain, stress and elastic moduli of an equivalent continuous Cosserat. This allows a better understanding of the role of previously identified characteristic sub structures
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Lambert, Yvan. "Étude de l'endommagement en pointe de fissure dans le cas de la fissuration en plasticité non confinée." Compiègne, 1986. http://www.theses.fr/1986COMPI230.
Full text
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Naït, Oultit Bouchra. "Endommagement des soudures d'aciers à très haute résistance pendant l'essai de traction en croix : analyse mécanique et métallurgique de la fissuration dans la zone fondue." Saint-Etienne, EMSE, 2008. http://www.theses.fr/2008EMSE0032.
Full textAbstract:
Le soudage par point est l’un des procédés incontournables de l’industrie automobile. Le développement de nouveaux aciers à très haute résistance (THR, Rm≥800MPa) doit répondre alors à des préconisations très spécifiques liées à ce procédé. Dans le test de traction en croix, l’aspect après rupture généralement requis est le déboutonnage dans le métal de base ou dans la Zone Affectée Thermiquement (ZAT). Or ce comportement très courant pour les aciers faiblement alliés diffère pour les aciers Dual-Phase (DP) et TRansformation-Induced Plasticity (TRIP). La fissure se propage le plus souvent partiellement ou totalement dans la zone fondue (ZF) le long du plan de joint. Cette morphologie à rupture est souvent rejetée durant les tests qualitatifs car assimilée à une faible tenue mécanique du noyau fondu. En plus, la tenue mécanique (CTS) de l’assemblage n’augmente pas avec la résistance mécanique du métal de base. Une méthode originale d’analyse de l’évolution de la courbe de traction en croix nous a permis de révéler jusqu’à six étapes d’endommagement. Ces séquences traduisent la rigidité apparente de l’assemblage durant le test. L’interprétation physique des différentes évolutions confirme que la tenue CTS de l’assemblage n’est pas directement corrélée à un type de rupture précis. C’est l’interaction entre les composantes mécaniques du test et la résistance locale à la fissuration qui permettent d’aboutir à la valeur en CTS. Plusieurs nuances DP et TRIP présentant des types de ruptures différentes ont été ainsi analysées. Notre compréhension de la microstructure locale nous a amené à évaluer l’impact de chaque séquence d’endommagement sur la tenue mécanique finale. On en conclut alors que les ruptures dans la zone fondue n’induisent pas nécessairement une baisse de la tenue mécanique. Cette approche nous a permis aussi de développer un outil de compréhension du comportement des soudures (DCM, Damage Contribution Methodology) afin de cibler les leviers sur lesquels on pourrait agir pour atteindre des performances optimalesResistance spot welding is the most widely used joining process in automotive industry. In order to assess the performances of the spot welds, specific behaviour is recommended after the cross-tension test. Mild and low-alloyed steels show a plug failure occurrence in the base metal or the Heat-Affected Zone (HAZ) and then meet the standards. Newly developed advanced high-strength steels (AHSS, Rm≥800MPa) have to meet also specific requirements of this process. However, Dual-Phase (DP) and TRansformation-Induced Plasticity (TRIP) steels exhibit a completely new behaviour where crack propagates very often partially or totally within the Fusion Zone (FZ) along the joint interface. The obtained plug size is generally rejected after qualitative tests because it is assumed to correspond to a very low mechanical strength. Add to this that the cross-tension strength (CTS) of the joint does not increase with base metal resistance. In this work, a new methodology to analyse the cross-tension test curves is developed and leads to the definition of the damage steps (6 at most). These sequences are highlighted by precise evolutions of the apparent rigidity during the test. Physical interpretations explain the occurrence of each sequence and confirm that CTS level is not directly correlated to a specific failure type. In order to assess CTS, we argue how both mechanical components of the solicitation and local crack resistance have to be considered. Several DP and TRIP steels exhibiting very different failure types are analyzed. Our characterization of local microstructure leads us to understand the variations of the apparent rigidity during a given sequence and hence the impact of base metal or weld microstructures on CTS. It is hence assessed that crack paths responsible for failures within the FZ are not necessarily indicative of a reduced mechanical strength. This approach is capitalized through the Damage Contribution Methodology, DCM. With the help of this new tool, it becomes possible to target the physical factors that steel developers have to act on to reach optimal mechanical behaviour
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Yao, Lan. "Experimental and numerical study of dynamic crack propagation in ice under impact loading." Thesis, Lyon, 2016. http://www.theses.fr/2016LYSEI043/document.
Full textAbstract:
Les phénomènes liés au comportement à la rupture de la glace sous impact sont fréquents dans le génie civil, pour les structures offshore, et les processus de dégivrage. Pour réduire les dommages causés par l'impact de la glace et optimiser la conception des structures ou des machines, l'étude sur le comportement à la rupture dynamique de la glace sous impact est nécessaire. Ces travaux de thèse portent donc sur la propagation dynamique des fissures dans la glace sous impact. Une série d'expériences d'impact est réalisée avec un dispositif de barres de Hopkinson. La température est contrôlée par une chambre de refroidissement. Le processus dynamique de la rupture de la glace est enregistré avec une caméra à grande vitesse et ensuite analysé par des méthodes d'analyse d'images. La méthode des éléments finis étendus complète cette analyse pour évaluer la ténacité dynamique. Au premier abord, le comportement dynamique de la glace sous impact est étudié avec des échantillons cylindriques afin d'établir la relation contrainte-déformation dynamique qui sera utilisée dans les simulations numériques plus tard. Nous avons observé de multi-fissuration dans les expériences sur les échantillons cylindriques mais son étude est trop difficile à mener. Pour mieux comprendre la propagation des fissures dans la glace, des échantillons rectangulaires avec une pré-fissure sont employés. En ajustant la vitesse d'impact on aboutit à la rupture des spécimens avec une fissure principale à partir de la pré-fissure. L'histoire de la propagation de fissure et de sa vitesse sont évaluées par analyse d'images basée sur les niveaux de gris et par corrélation d'images. La vitesse de propagation de la fissure principale est identifiée dans la plage de 450 à 610 m/s ce qui confirme les résultats précédents. Elle varie légèrement au cours de la propagation, dans un premier temps elle augmente et se maintient constante ensuite et diminue à la fin. Les paramètres obtenus expérimentalement, tels que la vitesse d'impact et la vitesse de propagation de fissure, sont utilisés pour la simulation avec la méthode des éléments finis étendus. La ténacité d'initiation dynamique et la ténacité dynamique en propagation de fissure sont déterminées lorsque la simulation correspond aux expériences. Les résultats indiquent que la ténacité dynamique en propagation de fissure est linéaire vis à vis de la vitesse de propagation et semble indépendante de la température dans l'intervalle -15 à -1 degrésThe phenomena relating to the fracture behaviour of ice under impact loading are common in civil engineering, for offshore structures, and de-ice processes. To reduce the damage caused by ice impact and to optimize the design of structures or machines, the investigation on the dynamic fracture behaviour of ice under impact loading is needed. This work focuses on the dynamic crack propagation in ice under impact loading. A series of impact experiments is conducted with the Split Hopkinson Pressure Bar. The temperature is controlled by a cooling chamber. The dynamic process of the ice fracture is recorded with a high speed camera and then analysed by image methods. The extended finite element method is complementary to evaluate dynamic fracture toughness at the onset and during the propagation. The dynamic behaviour of ice under impact loading is firstly investigated with cylindrical specimen in order to obtain the dynamic stress-strain relation which will be used in later simulation. We observed multiple cracks in the experiments on the cylindrical specimens but their study is too complicated. To better understand the crack propagation in ice, a rectangular specimen with a pre-crack is employed. By controlling the impact velocity, the specimen fractures with a main crack starting from the pre-crack. The crack propagation history and velocity are evaluated by image analysis based on grey-scale and digital image correlation. The main crack propagation velocity is identified in the range of 450 to 610 m/s which confirms the previous results. It slightly varies during the propagation, first increases and keeps constant and then decreases. The experimentally obtained parameters, such as impact velocity and crack propagation velocity, are used for simulations with the extended finite element method. The dynamic crack initiation toughness and dynamic crack growth toughness are determined when the simulation fits the experiments. The results indicate that the dynamic crack growth toughness is linearly associated with crack propagation velocity and seems temperature independent in the range -15 to -1 degrees
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Oni, Olorunnisola. "Contribution à l'étude des fissures courtes se propageant en fatigue dans les aciers." Compiègne, 1986. http://www.theses.fr/1986COMPI214.
Full textAbstract:
Le travail a été entrepris afin de pouvoir comparer le comportement des grandes et des petites fissures de fatigue dans deux alliages identiques en acier à haute résistance (le 30 NCD16 et le 16 NCD13). Pour arriver à ce but, les éprouvettes compactes entaillées ont été choisie pour l’étude du comportement des grandes fissures et les essais effectués nous ont permis de déterminer le seuil de non-fissuration de ces matériaux. Quant au comportement des petites fissures, les barreaux micro-entaillées en flexion ont été utilisés. L’ensemble de nos études nous ont permis d’avancer les conclusions suivantes : malgré une légère différence entre les caractéristiques mécaniques (telles que la limite d’élasticité, la résistance à la rupture, la striction et l’allongement) des deux matériaux, le seuil de non-fissuration de l’acier 30 NCD16 est approximativement deux fois plus grand que celui du 16 NCD13. Les valeurs moyennes du seuil retenues sont de 3MPaVm (16NCD13) et de 6MPaVm (3ONCD16). Dans une éprouvette micro-entaillée particulièrement par électroérosion, et au début de la fissuration, il n’y a jamais une seule fissure, mais plusieurs petites fissures non-traversantes qui se propagent à grand nombre de cycles à l’intérieur de l’éprouvette sans aucune indication à l’extérieur. Les petites fissures non-traversantes s’amorcent soit à partir des irrégularités soit à partir des irrégularités en combinaison avec les inclusions dans la matrice. Quel que soit le matériau choisi, le 30 NCD16 ou le NCD13, ces petites fissures se propagent différemment des grandes fissures et peuvent se propager pour des valeurs du facteur d’intensité de contrainte K inférieur à celle du seuil de non-fissuration du matériau.