Dissertations / Theses: 'Rupture par fissuration'

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Boukhili, Rachid. "Fissuration par fatigue des polyamides : mécanismes." Compiègne, 1985. http://www.theses.fr/1985COMPD005.

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Nguyen, Hoai Nam. "Étude numérique de la fissuration d'un milieu viscoélastique : analyse de l'essai de rupture sur bitume." Phd thesis, Ecole des Ponts ParisTech, 2008. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00005307.

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Abstract:

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

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Zhang, Yulong. "Contribution à l'étude de déformation et de rupture des roches par une approche discrète." Thesis, Lille 1, 2018. http://www.theses.fr/2018LIL1I045/document.

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Abstract:

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

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Adiwijayanto, Florentinus. "Etude comparative des mécanismes de fissuration par fatigue des alliages d'aluminium 8090C T851 et 2024 T351." Poitiers, 1994. http://www.theses.fr/1994POIT2284.

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Abstract:

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

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Boussekine, Abdelmadjid. "Etude de la propagation des fissures par la méthode des éléments de frontière." Limoges, 1994. http://www.theses.fr/1994LIMO0034.

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Abstract:

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

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Hamon, François. "Modélisation du comportement mécanique en fissuration d'alliages aéronautiques." Phd thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aéronautique, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00495858.

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Abstract:

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

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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.

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Abstract:

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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Regrain, Cédric. "Comportement, endommagement et fissuration par fluage du Polyamide 6 : étude expérimentale et modélisation." Phd thesis, École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00493717.

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Abstract:

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

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Nguyen, Hoang Quan. "Modélisation numérique de la propagation d’une fissure lors d’une rupture par fatigue à très grand nombre de cycles." Paris 10, 2013. http://www.theses.fr/2013PA100104.

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Abstract:

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

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Le, Vinh Hoang Tan. "Modélisation micromécanique de la fissuration des matériaux hétérogènes par des modèles d'inclusion avec décollement à l'interface." Thesis, Paris Est, 2019. http://www.theses.fr/2019PESC1038.

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Abstract:

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

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Richard, Sébastien. "Fissuration par fatigue d'alliages d'aluminium au lithium de troisième génération." Phd thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00605426.

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Abstract:

Cette thèse s'inscrit dans le cadre général de l'étude de la tolérance au dommage des alliages légers utilisés dans l'industrie aéronautique. Le thème de recherche porte plus particulièrement sur la résistance à la fissuration par fatigue d'alliages d'aluminium au lithium de troisième génération, le but essentiel étant de dégager les paramètres microstructuraux pertinents pour optimiser la résistance à la fissuration. Dans ce contexte trois nuances d'alliages Al-Cu-Li 2050-T84, 2198-T851 et 2196-T851 ont été considérées, qui jouent principalement sur les teneurs respectives en lithium et en cuivre. Sur la base d'essais de propagation à l'air et sous vide, d'observations en microscopie électronique à balayage et d'analyses EBSD, il est montré que la résistance à la propagation est fortement déterminée par les mécanismes de glissement des dislocations mis en jeu en pointe de fissure. Il ressort notamment qu'une localisation de la déformation favorisée par les précipitations spécifiques à ces alliages existant dans ces structures sous revenues, privilégie, dans le domaine des vitesses inférieures à 10-7 m/cycle, le développement d'un mode de fissuration transgranulaire à caractère cristallographique, ayant un double effet : une résistance à la fissuration accentuée en l'absence d'assistance de l'environnement (vide ou exposition réduite à la vapeur d'eau) conduisant à des seuils élevés, ou bien une accélération de la fissuration près du seuil avec une forte réduction du seuil sous atmosphère ambiante, attribuée à une assistance de l'hydrogène dans ces trois alliages à addition de lithium; ce dernier mécanisme intervient de façon très similaire dans les alliages type Al-Zn-Mg, mais n'intervient pas dans les alliages type Al-Cu-Mg. Une modélisation intégrant les différents mécanismes de fissuration en fonction du couple environnement-microstructure et en tenant compte des interactions entre la fermeture et les effets d'environnement est proposée pour décrire une loi effective, c'est-à-dire la relation entre la vitesse de propagation da/dN et l'amplitude effective du facteur d'intensité de contrainte DKeff. Une modélisation 2D de la fermeture induite par plasticité ouvre une piste pour une simulation quantitative de l'influence de ce facteur dans le domaine des vitesses intermédiaires. L'intégration de la loi effective dans un modèle industriel de prédiction des durées de vie dans des structures aéronautiques est également abordée.

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Grasland, François. "Vieillissement du caoutchouc naturel par thermo-oxydation : Etudes de ses conséquences sur la cristallisation sous déformation, la fissuration et la rupture." Thesis, Lyon, 2018. http://www.theses.fr/2018LYSEI029/document.

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Abstract:

Le caoutchouc naturel présente une très bonne résistance à la propagation de fissure. Cette particularité est généralement attribuée dans la littérature à sa capacité à cristalliser sous déformation. A ce jour, l'essentiel des travaux dans ce domaine porte sur des échantillons réticulés par une vulcanisation dite efficace, c’est-à-dire dont les noeuds de réticulation sont principalement composés de ponts monosulfures. Pour certaines applications, et parce qu’elle est réputée conduire à de meilleure propriétés en fatigue, il est intéressant d'utiliser une vulcanisation dite conventionnelle. Le matériau est alors composé majoritairement de ponts polysulfures. Le phénomène de cristallisation sous déformation, exacerbée en pointe de fissure en raison d'une amplification du champ de déformation, semble être l'un des mécanismes responsables de l'accroissement de la durée de vie en fatigue du matériau vulcanisé de manière efficace. Cependant, sur matériaux vulcanisés de manière conventionnelle et thermo-oxydés (77°C), cette corrélation doit être confirmée en raison d’une évolution importante de l'architecture du réseau élastomère pendant son vieillissement pouvant en effet avoir un impact important sur la capacité du matériau à cristalliser sous déformation. Cette étude se propose donc de caractériser l’évolution de réseaux élastomères vulcanisés de manières conventionnelles pendant leur vieillissement thermo-oxydant, puis d’évaluer leur résistance à la propagation de fissure à différents niveaux de déformation macroscopique. Des analyses in situ WAXS sous rayonnement synchrotron en fond de fissure permettent alors de relier ces résultats à l'évolution de l’aptitude de ces matériaux à cristalliser sous déformation
Natural rubber (NR) is largely used in the tire industry due to its excellent mechanical properties, e.g. its very good resistance to fatigue crack growth at high strain. It is generally accepted that this outstanding behavior is related to its ability to crystallize under strain. Such phenomenon, so called SIC, strongly depends on parameters like temperature, strain rate as well as the architecture of the rubber network. The microstructure of this network is formed during the crosslinking process and depends on the vulcanization system, i.e. “Efficient” or “Conventional”. The former vulcanization recipe consists in the formation of short or monosulfide bridges in the elastomer network whereas the latter (necessary to ensure a good adhesion between metallic and rubber parts in a tire) will mainly create longer polysulfide bridges. During its life, the tire will be submitted to a slow aerobic ageing which will cause structural modifications of the initial network and therefore an evolution of the rubber ability to crystallize under strain and to resist against crack propagation. In general, the structural modifications are caused by complex chemical mechanisms, highly sensitive to temperature, leading to chain scission and chain crosslinking. They can also involve sulfur bridge reorganization when NR is conventionally vulcanized. Nevertheless, most of the literature on NR ageing has been performed on efficiently cross-linked NR, and in thermal conditions which are much too severe to be representative of the material ageing in tire applications. Within this frame, our objective is to study this material when it is aged at 77 °C in air. Such parameters have been identified as capable of reproducing more realistically and over a reasonable duration, the ageing of rubber in some use conditions. After characterization of the evolution of the aged materials microstructure, their crack propagation resistance will be studied at 0.01 Hz for different values of macroscopic deformations. Time resolved Wide Angle X-ray scattering (WAXS) measure-ments, carried out at room temperature, will then provide information on the crystallization process around the crack tip. Based on these results, the relation between the network evolution during ageing, the fatigue properties and the ability to strain crystal-lize in such conditions will be established in this work

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Comte, Christophe. "Initiation des fissures de Hertz en contact glissant sphère/plan : particularités des quasicristaux AlCuFe et modélisation par Eléments Frontières." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2001. http://www.theses.fr/2001INPL572N.

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On étudie de l'initiation des fissures partielles de Hertz sous sollicitation de contact glissant. Les matériaux constituant le support de cette étude sont des alliages ternaires AICuFe. Ils se présentent sous la forme d'échantillons massifs frittés, de composition atomique proche, et se différencient par leur structure cristallographique. Le comportement de la phase quasicristalline (icosaédrique) peut ainsi être comparé à celui de phases cristallines classiques (quadratique et cubique). L'association de deux tests mécaniques non destructifs, la nanoindentation et la microscopie acoustique à balayage, permet de déterminer le module d'Young et le coefficient de Poisson des échantillons. Le test de rayure à charge croissante est utilisé pour générer des fissures partielles de Hertz sur l'ensemble des échantillons. Il apparaît des différences significatives essentiellement liées à la valeur du coefficient de Poisson. L'utilisation de l'émission acoustique, permet de déterminer la position de la zone de contact au moment de l'endommagement et dès lors d'évaluer le rayon initial de fissuration r0qui est supérieur au rayon de contact. La modélisation, par une formulation Duale de la Méthode des Eléments Frontières, de l'initiation des fissures en contact glissant, montre que la propagation des fissures s'opère en premier lieu à proximité de la surface. Elle montre également que la propagation dépend fortement de la position du défaut initial. La confrontation des résultats numériques et expérimentaux conduit a une très bonne corrélation.

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Aslan, Ozgur. "Simulation numérique de la fissuration par fatigue dans les monocristaux de superalliages à base de nickel." Phd thesis, École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2010. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00540893.

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Abstract:

Les composants monocristallins fonctionnant à des températures élevées sont soumis à des conditions de chargement thermo-mécanique sévères. La géométrie et le comportement de ces composants sont très complexes. Un défi majeur est de développer des modèles mathématiques afin de prévoir l'initiation et la propagation de fissures en présence de contraintes importantes et de forts gradients de température. Dans ce cas, le comportement élastoviscoplastique fortement anisotrope du matériau étudié (superalliage à base Ni) doit être pris en compte. Le modèle correspondant doit être en mesure de rendre compte de la croissance anisotrope des fissures et de leur bifurcation dans des champs de contrainte complexes. De plus, le modèle doit être capable de prédire non seulement le taux de croissance des fissures mais aussi les chemins de fissuration. La mécanique de l'endommagement anisotrope est un cadre théorique bien adapté au développement de modèles de croissance de fissures dans les monocristaux. Au cours d'études précédentes, une loi de comportement couplant plasticité cristalline et endommagement cyclique a été développée, démontrant l'intérêt de cette approche, mais aussi ses limites, notamment du fait de la dépendance au maillage des résultats. Le développement récent de modèles non-locaux dans le cadre de la mécanique des milieux continus pourrait ainsi aider à surmonter ces difficultés. Une grande base expérimentale existe concernant l'initiation et la propagation de fissures dans les superalliages monocristallins à base de nickel. Les simulations thermomécaniques par éléments finis des aubes de turbine fournissent des informations détaillées sur la distribution des contraintes et des déformations plastiques, en particulier près de singularités géométriques comme les trous et les fentes de refroidissement. Tout d'abord, sur la base de la théorie de la plasticité cristalline qui établit un lien solide entre les contraintes et les déformations plastiques, un modèle découplé en mécanique de l'endommagement basé sur l'historique des calculs par éléments finis sera présenté. Ensuite, un modèle d'endommagement incrémental basé sur les milieux généralisés sera proposé et enfin, les prédictions du modèle pour l'initiation et la croissance de micro-fissures en résolvant le problème de dépendance au maillage seront discutés.

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Bitar, Ibrahim. "Modélisation de la rupture dans les structures en béton armé par des éléments finis poutres généralisées et multifibres." Thesis, Ecole centrale de Nantes, 2017. http://www.theses.fr/2017ECDN0013.

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Abstract:

Cette thèse, réalisée dans le cadre du projet national SINAPS@, a pour objectif de développer des éléments finis poutres généralisées et multifibres capables de modéliser le comportement d’une structure en béton armé jusqu’à la rupture. La formulation poutre élément fini Timoshenko introduite par (Caillerie, et al., 2015) est choisie comme point de départ. Cette formulation est libre de blocage en cisaillement et utilise des fonctions de forme d'ordre élevé pour interpoler les champs de déplacement transversal et de rotation. La formulation de (Caillerie et al., 2015) est tout d’abord comparée avec d’autres formulations éléments finis poutres existantes dans la littérature et validée par des calculs linéaires et non linéaires. Un enrichissement cinématique du champ de déplacement axial est proposé pour améliorer la capacité de l’élément à reproduire l’interaction entre l’effort axial et le moment de flexion. Afin de modéliser le comportement jusqu’à la rupture, la méthode des éléments finis intégrés est ensuite adoptée. Cette méthode consiste à enrichir la cinématique en introduisant une variable de discontinuité de déplacement pour reproduire la fissure. La technique est d’abord appliquée au niveau de la section puis au niveau des fibres et deux nouvelles formulations, une poutre Timoshenko généralisée et une poutre Timoshenko multifibres sont proposées. L’enrichissement cinématique du champ de déplacement permet à la fois de rendre la réponse globale d’une structure objective mais également de modéliser son comportement jusqu’à la rupture. La performance des nouveaux éléments est validée par des études numériques et par des comparaisons avec des résultats expérimentaux
This thesis, carried out within the framework of the French national project SINAPS@, aims to develop generalized and multifiber finite beam elements to simulate the behavior of reinforced concrete structures till failure. The Timoshenko finite element beam formulation introduced by (Caillerie, et al., 2015) is chosen as the starting point. This formulation is free of shear locking and uses high order shape functions to interpolate the transversal displacement and rotation fields. The formulation of (Caillerie et al., 2015) is first compared with other finite element beam formulations existing in the literature and validated for linear and non-linear calculations. A kinematic enhancement of the axial displacement field is proposed in order to improve the element’s ability to reproduce the interaction between the axial force and flexural moment. In order to model the behavior of a structure till failure, the embedded finite element method is adopted. This method consists in enhancing the kinematics by introducing a displacement discontinuity variable to reproduce the crack. The enhancement is first applied at the section level and then at the fiber level and thus two new formulations, a generalized Timoshenko beam and a multifiber Timoshenko beam, are proposed. The enhancement of the displacement field provides objective global responses and the ability to reproduce the structural behavior till failure. The performance of the new elements is validated by numerical studies and comparisons with experimental results

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Goupillaud, Isabelle. "Comparaison des endommagements matriciels par fatigue mécanique et par cyclage thermique de composites structuraux : caractérisation et modélisation." Poitiers, 1998. http://www.theses.fr/1998POIT2332.

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Abstract:

L'etude proposee a pour vocation une meilleure comprehension du comportement endommageable de stratifies composites a fibres longues de carbone et a matrice organique sous cyclage thermique. Deux approches, experimentale et analytique, sont utilisees, s'appuyant sur les connaissances deja acquises en fatigue mecanique. Des stratifies croises, sollicites en fatigue mecanique et en cyclage thermique, ont montre des similitudes de comportement de la fissuration matricielle. Ces analogies ont permis d'identifier une analyse du type diffusion du cisaillement ou shear lag en cyclage thermique, prealablement validee pour la seule sollicitation de fatigue mecanique. Bien que les cinetiques beaucoup plus rapides en cyclage thermique ne puissent etre correctement estimees par le modele identifie en fatigue mecanique, les previsions concernant l'amorcage et les valeurs de densite a saturation sont en tres bon accord avec les resultats experimentaux.

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Noel, Matthieu. "Modélisation déterministe et probabiliste de la rupture par champ de phase et identification expérimentale pour la fissuration des structures en bois dans l’ameublement." Electronic Thesis or Diss., Université Gustave Eiffel, 2024. http://www.theses.fr/2024UEFL2061.

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Abstract:

Dans le domaine de l'ameublement, garantir la sécurité des structures conformément aux normes européennes représente un enjeu important pour les fabricants de meubles. Avant leur commercialisation, les meubles sont soumis à des tests de validation normalisés, qui ne permettent de connaître leur comportement mécanique qu'a posteriori. Cette thèse vise à développer des outils de modélisation et de simulation numérique pour prédire la rupture par fissuration au niveau des connexions entre les éléments de meuble. Pour atteindre cet objectif, l'approche méthodologique combine la modélisation et la simulation numérique avec des essais expérimentaux. Elle utilise la méthode des éléments finis couplée à des modèles de rupture/endommagement par champ de phase pour simuler la fissuration dans des matériaux élastiques linéaires isotropes et anisotropes, dans un cadre déterministe et probabiliste. Une campagne d'essais expérimentaux est menée sur des échantillons d'épicéa troués soumis en compression uniaxiale, afin de reproduire les mécanismes de fissuration observés dans des structures réelles, notamment dans les connexions de lits en hauteur. Une procédure d'identification est développée et mise en place pour caractériser les propriétés élastiques et d'endommagement de l'épicéa, en exploitant notamment des mesures expérimentales de champs de déplacement obtenues par corrélation d'images numériques. Une méthode d'accélération des simulations d'endommagement par champ de phase est proposée pour réduire leur coût élevé en temps de calcul. Cette approche permet de prédire, indépendamment du type de connexions, le déplacement ou la force critique précédant l'amorçage de la fissuration. Les résultats numériques indiquent que, sous réserve d'appliquer des conditions aux limites réalistes et d'avoir correctement identifié les propriétés du matériau, le critère d'amorçage de fissure s'avère utile pour prédire l'emplacement des zones potentiellement endommagées/fissurées et fournir un ordre de grandeur cohérent pour l'effort ou le déplacement nécessaire à l'initiation de la fissuration. Ce critère requiert seulement une unique simulation dans le domaine élastique linéaire, suivi d'un post-traitement avec un modèle d'endommagement par champ de phase, afin de faciliter son utilisation dans un contexte industriel, en particulier le secteur de l'ameublement. Les outils numériques développés, accessibles en open source, pourraient aider les industriels de l'ameublement à prédire la rupture fragile dans le bois et à optimiser la conception des meubles, tout en garantissant la conformité aux normes de sécurité
In the furniture industry, ensuring the safety of structures in accordance with European standards presents a significant challenge for furniture manufacturers. Before commercialization, furniture are subjected to standardized validation tests, which only allow for a retrospective understanding of its mechanical behavior. This thesis aims to develop modeling and numerical simulation tools to predict the cracking failure mechanism at the connections between furniture elements. To achieve this objective, the methodological approach combines modeling and numerical simulation with experimental testing. It employs the finite element method coupled with phase-field fracture/damage models to simulate cracking in linear elastic isotropic and anisotropic materials within a deterministic and probabilistic framework. An experimental testing campaign is conducted on perforated spruce wood samples subjected to uniaxial compression to reproduce the cracking mechanisms observed in real structures, particularly in the connections of high loft beds. An identification procedure is developed and implemented to characterize the elastic and damage properties of spruce wood, in particular by exploiting experimental displacement field measurements obtained through digital image correlation. A method for accelerating phase-field damage simulations is proposed to reduce their high computational cost. This approach allows for the prediction, independently of the type of connections, of the displacement or critical force preceding crack initiation. The numerical results indicate that, provided realistic boundary conditions are applied and the material properties are correctly identified, the crack initiation criterion is useful for predicting the location of potentially damaged/cracked areas and providing a consistent order of magnitude of the force or displacement required to initiate cracking. This criterion only requires a single linear elastic simulation, followed by a post-processing with a phase-field damage model, to facilitate its use in an industrial context, in particular the furniture sector. The numerical tools developed, available in open source, could help furniture manufacturers to predict brittle fracture in wood and optimize furniture design, while guaranteeing compliance with safety standards

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Jendoubi, Khemaïs. "Mesures locales et globales des paramètres mécaniques gouvernant la fissuration par fatigue." Poitiers, 1987. http://www.theses.fr/1987POIT2312.

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Abstract:

Etude sur l'alliage d'aluminium a haute resistance 2024t351 et sur l'acier inoxydable aisi316. Determination, par mesures locales a l'aide de microjauge, du champ de deformation existant au voisinage de la pointe de fissure pour differentes conditions de chargement. Mesures globales a l'aide d'un capteur de deplacement a lames monte sur l'axe de chargement, de l'energie q dissippee par cycle et le facteur d'intensite de contraintes effectif. Mesure de l'ouverture de fissure par microscopie electronique a balayage. Proposition de la modelisation experimentale du champ de deformation pour des facteurs d'intensite de contrainte correspondant aux valeurs de la loi de paris

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Meftah, Fekri. "Contribution à l'étude numérique des modes localises de rupture dans les structures en béton de type poutres : approche multicouches par la plasticité au gradient." Lyon, INSA, 1997. http://www.theses.fr/1997ISAL0005.

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Abstract:

Ce travail ets une contribution à l’élaboration d’un modèle Eléments finis pour l’analyse des modes localisées de rupture dans la structure de type poutre en béton et béton armé sous sollicitations extrêmes statiques et impulsionnelles. L’amorce de la rupture dans les matériaux fragiles induit une forte localisation des déformations accompagnée par une chute de la capacité portante du matériau communément appelé adoucissement. La prise en compte de ce phénomène dans de plasticité conventionnelle, en vue d’une modélisation pas éléments finis, conduit à une solution dépendant pathologiquement du maillage. Ainsi, la zone de localisation est complètement déterminée par la discrétisation et une convergence vers une solution unique n’est plus assurée. La raison d’un tel comportement est que le système d’équations régissant l’équilibre ou le mouvement change de nature et devient mal posé, lorsque le matériau entre dans sa phase post pic. Différentes approches, dites méthodes de régularisation, permettent de préserver le caractère bien posé du système d’équations. Elles consistent à enrichir la description mécanique du milieu. Ceci se traduit le plus souvent par l’introduction d’une longueur caractéristique dans milieu jouant le rôle de limiteur de localisation. C’est dans ce contexte que s’inscrit le présent travail. Il est consacré à la mise en œuvre de la théorie de la plasticité au gradient d’ordre supérieur dans le calcul de structures de type poutre en béton et béton armé. Un élément fini mixte de poutre multicouche basée sur le formalisme de cette technique de régularisation et sur une cinématique simplifiée est élaboré. L’application à des cas de structures est présentée pour illustrer et valider l’approche. L’influence de l’introduction de l’énergie de fissuration comme un paramètre matériau du fait du caractère non local de la théorie et de la capacité du modèle à décrire l’effet de l’échelle sont également analysées
Structural geometrical exhibit stain softening due to non-homogeneous deformations. Softening behavior is a precursor to failure and involves localization of deformation. When it is taken into account, in a standard continuum theories, such as convention plasticity, the strain softening phenomenon leads to ill-posed boundary or initial value problems, since the governing equations loose ellipticity or hyperbolicity. Therefore, numerical simulations suffer from extreme mesh dependence. The localization zone is complexly determined by the discretization and convergence to unique solution in no more obtained. In this work, the gradient-dependent plasticity theory is used as a localization limiter to prevent standard continuum deficiency. The essential feature of this theory is the dependence of the yield function upon the second order spatial gradient of the plastic strain measure. This term allows keeping well-posed character of the problem during localization. Furthermore, the gradient dependence makes difficult to determine the increments of the plastic multiplier, since the consistency condition is a partial differential equation. Therefore, it is satisfied in a weak or distributed sense, leading to a mixed formulation where the plastic strain filed is discretized in addition to the usual discretization of the displacement filed. In this contribution, a layered approach based on gradient plasticity is developed. A gradient dependent layered beam finite element is then elaborated. It allows ensuring numerical solution which is mesh independent. Application to concrete and reinforced concrete beams under static and impulsive loading ie presented to validate and illustrate the approach. The use of the fracture energy as a material parameter and the possibility of the model to describe the size effect are also scrutinized

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Boulazreg, Hakim. "Modélisation de la fissuration fragile par une formulation mixte hybride : évaluation des coefficients de concentration de contraintes et du taux de restitution d'énergie." Ecully, Ecole centrale de Lyon, 1991. http://bibli.ec-lyon.fr/exl-doc/TH_T1397_hboulazreg.pdf.

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Abstract:

Dans le cadre de l'analyse de la rupture fragile, le taux de restitution d'énergie caractérise l'énergie accumulée à la pointe de la fissure. Associé à une valeur critique expérimentale, il constitue le paramètre essentiel de l'initiation de la propagation de fissure. Le calcul de ce taux de restitution d'énergie peut être abordé par des méthodes variationnelles qui constituent la base de formulation des différents modèles de calculs par éléments finis. Les méthodes numériques classiques aux déplacements ne peuvent pas prendre en compte le phénomène de singularité en contraintes qui se produit au fond de fissure, elles nécessitent un raffinement de maillage pour une bonne approximation. La formulation mixte hybride, en permettant de choisir le champ de déplacement et le champ de contraintes de manière indépendante, donne à l'utilisateur la possibilité d'introduire cette singularité dans le champ de contraintes de l'approximation numérique. Un super élément mixte hybride est placé autour de la fissure. Ce choix constitue un avantage important dans la modélisation car alors le raffinement du maillage n'est plus indispensable. Cet élément hybride est raccordé à des éléments finis aux déplacements. L'assemblage et la résolution globale s'effectuent comme dans un cas classique. Le champ de contraintes donné par cet élément particulier fournit directement les coefficients de concentration de contraintes. Une première évaluation du taux de restitution d'énergie est possible, à partir de ces facteurs de concentration, par une méthode d'identification. Nous développons dans ce travail une seconde méthode de calcul du taux de restitution d'énergie, à l'aide d'une intégrale de contour, similaire dans son principe à l'intégrale de Rice, mais formulée ici dans le cadre du principe variationnel mixte hybride de Pian. Pour tester la performance de l'intégrale , une comparaison est réalisée entre nos résultats et d'autres solutions analytiques ou numériques
In the case of brittle rupture analysis, the energy release rate characterizes the energy stored at the crack tip. Once associated to an experimental critical value, it constitutes the essential parameter of initial crack propagation. This rate can be computed using variational methods, which are the basis of the formulation of different Computing models by finite elements. The classical displacement numerical methods cannot take into account the singularity phenomenon of the stresss at the crack tip. For a better approximation, a mesh refinement is necessary. The mixed hybrid formulation, which allows the separate choice at each of the displacement and the stress fields, gives to the users the possibility of introducing this singularity in numerical approximation stress field. A super mixed hybrid element is placed around the crack. This choice gives an important advantage while modelling as a mesh refînement is no longer useful. This hybrid element is connected to the displacement finite elements. The assembly and the global resolution are calculated as in a classical case. The stress field given by this particular element shows directly the stress concentration coefficients. A first evaluation of the energy release rate is possible by an identification method starting with these stress intensity factors. In this work, we propose a second method for calculating the energy release rate using a contour integral, similar in its principle to the Rice integral, but developed here in the case of mixed hybrid Pian formulation. To test the performance of the integral, a comparison between our results and other analytical and numerical solutions is made

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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.

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Grimaldi, Antoine. "Etude par AFM de la condensation capillaire à la pointe de fissure dans un verre de silice." Montpellier 2, 2009. http://www.theses.fr/2009MON20246.

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Abstract:

Le phénomène de la corrosion sous contraintes permet d'expliquer la fracture des verres en deçà de leur seuil de rupture. Il peut induire la ruine des produits verriers tels que les verres à vitre ou les fibres optiques en permettant à des fissures de surface de se propager même sous des contraintes faibles. Le système expérimental basé sur la microscopie à force atomique (AFM) permet de caractériser in-situ et en atmosphère contrôlée les phénomènes se déroulant en pointe de fissure. Cette thèse s'intéresse particulièrement à la condensation capillaire qui prend place en pointe de fissure dans les verres de silice. Dans une première phase, nous nous avons par le biais de l'imagerie de phase AFM montré l'existence d'une phase liquide en pointe de fissure. Nous nous sommes également intéressé à caractériser les biais pouvant être introduit dans nos mesures. Dans une deuxième partie, nous avons étudié l'état d'équilibre du système vapeur/liquide en fonction de plusieurs paramètres extérieurs tels que l'humidité ou la modification de l'ouverture du profil de fissure via les forces externes. Nous avons démontré que le condensat restait à l'équilibre thermodynamique. Nous avons ainsi pu extraire une distance critique de condensation dans notre système. Enfin dans une troisième partie nous nous avons par une étude sur le seuil de refermeture estimé l'impact des forces internes dû à ce condensat capillaire. Nous avons ainsi pu affiner notre estimation des distances critiques de condensation capillaire et extraire une valeur pour la pression de Laplace à l'intérieur de notre liquide, ce qui nous a permis de mieux comprendre le vieillissement du condensat dans le temps
The phenomenon of stress corrosion is responsible for the slow crack propagation in glasses below their breaking point. In applications where glass components such as windows, fiber optic cables or glass containers are subjected to stresses, failure always occurs by the extension of a crack originated near the surface of the glass. The stress corrosion mechanisms acting et the nanoscale are still debated. The experimental set-up allows us to track the propagation of the crack tip in pure mode I (opening mode) by means of optical and atomic force microscopes (AFM) in real time (in-situ) condition and in a carefully controlled atmosphere. This work focuses specially on the capillary condensation that occurs at the crack tip in silica glass. In a first part, we have shown by using AFM phase imaging the existence of a liquid phase at the crack tip. We have focused in identifying all the bias induced by the external parameters in our measurement. In a second part, we have studied the equilibrium properties of this liquid/vapour system, and shown the existence of a critical distance of condensation between the two lips of the crack that increases with the humidity. At last, we have studied the impact of the internal forces du to the capillary condensation on the crack opening profile. By studying the crack closure we have been able to correct our estimation on the critical distance and extract the value of the Laplace pressure of the liquid. This allowed us to quantify the aging if the condensed phase through the evolution of its wetting properties

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Durif, Emilien. "Caractérisation du couplage mécano-électrochimique en pointe de fissure lors de la fissuration assistée par corrosion sous contrainte : cas du Zircaloy-4 en milieu aqueux halogéné." Phd thesis, INSA de Lyon, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00759340.

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Abstract:

La corrosion sous contrainte (CSC) est un phénomène synergique d'endommagement qui résulte d'un processus de corrosion (dissolution, adsorption) et d'une rupture mécanique (fissuration). Les mécanismes de couplage mécano-électrochimique en pointe de fissure nécessaires à la compréhension du phénomène sont encore mal connus puisqu'ils dépendent du système d'étude (métal/milieu agressif) et font intervenir de nombreux facteurs mécaniques et électrochimiques. Dans cette thèse, nous nous proposons d'étudier les interactions réciproques entre la dissolution et l'état de contrainte mécanique en pointe de fissure (facteurs d'intensité des contraintes) pour le cas du Zircaloy-4 en milieu aqueux halogéné. Les éprouvettes sont d'abord pré-fissurées par fatigue à l'air avec la technique du Load-Shedding, ce qui permet alors de maîtriser le facteur d'intensité des contraintes résiduel de pré-fissuration par fatigue. Ensuite, une pré-oxydation thermique est réalisée pour produire une couche de film passif sur les surfaces de l'éprouvette. Les réactions électrochimiques sont alors concentrées en pointe de fissure qui induit également une concentration des effets mécaniques. Des techniques de corrélation d'images sont développées dans le but d'identifier les facteurs d'intensité des contraintes et d'estimer la longueur de fissure en temps réel. Ainsi des essais originaux de CSC, permettant d'imposer les facteurs d'intensité en pointe de fissure, sont conduits et les résultats montrent alors clairement les effets synergiques entre l'évolution des mesures mécaniques et des courants de dissolution. D'autre part, l'existence d'un facteur d'intensité des contraintes seuil de propagation en CSC, présentant une forte dépendance à l'histoire de chargement et à la variation de l'état de contrainte locale en pointe de fissure (variation des facteurs d'intensité des contraintes), est mise en évidence. Ceci montre alors que la plasticité doit évoluer pour que la dissolution se produise. Ainsi, le temps caractéristique d'arriver de nouvelles dislocations en pointe de fissure ne doit pas dépasser la durée caractéristique des réactions de passivation. Enfin sur la base des résultats expérimentaux, un modèle de loi de propagation phénoménologique de fissure en CSC est proposé et ses paramètres sont identifiés et validés à partir de différents essais de CSC.

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Vu, Ngoc Anh. "Requalification du comportement mécanique de poutres en béton précontraint dégradées par corrosion des armatures passives et actives." Toulouse, INSA, 2007. http://eprint.insa-toulouse.fr/archive/00000174/.

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Abstract:

Ce travail de thèse propose dans un premier temps un modèle de comportement des structures en béton précontraint avant et après fissuration. Après fissuration, le modèle se base sur la formulation d’un Macro-Elément-Fini (M. E. F. ) de type poutre qui correspond à la distance entre deux fissures de flexion. Ensuite, le champs d'application est étendu à la requalification des structures en béton précontraint corrodées. La corrosion des armatures passives est prise en compte dans la formulation du M. E. F. En terme d'effet couplé de la réduction de section d'acier et de l'adhérence acier-béton en partie tendue. Enfin, la corrosion sous contrainte (CSC) des câbles a été étudiée. Les faciès de corrosion observées pour le cas de la CSC sont très différents de ceux habituellement observés lors d'une corrosion classique. L'effet de la CSC est intégré au modèle en terme de réduction de section d'acier actif due à la rupture fragile d'un ou plusieurs fils. Dans le cas de la précontrainte non adhérente, un modèle est proposé qui permet de recalculer le comportement résiduel de ces structures. Dans le cas de la précontrainte adhérente, les performances mécaniques résiduelles après rupture de câble ont été étudiées expérimentalement. Les résultats montrent que la localisation de la rupture ainsi que la qualité de l'adhérence coulis-câble ont une influence considérable
This work firstly proposes a global model of the behaviour of the prestressed concrete before and after cracking. After cracking, the model is based on the formulation of a beam Macro-Finis- Element (M. F. E. ) which corresponds to the distance between two bending cracks. Then, the fields of application is extended to the recalculation of corroded prestressed concrete. The corrosion of the passive reinforcing bars is taken into account in the formulation of the M. F. E in term of coupled effect of the reduction of the steel cross-section and the steel-concrete bond. Lastly, stress corrosion cracking (SCC) of prestressing wires was studied. The facies of corrosion observed in the case of the SCC are very different from those usually observed during a classic corrosion. The effect of the SCC is integrated into the model in term of reduction of prestressing wires cross-section due to brittle fracture of one or more wire. In the case of unbonded prestressed concrete, a model which allows to recalculate the residual behavior of this structures is proposed. In the case of bonded prestressing concrete, the residual mechanical performances after failure of wire were experimentally studied. The results show that the location of the failure as well as the grout-wire bond properties have a considerable influence

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Poitou, Benoît. "Analyse de la fissuration au voisinage d'une interface dans les matériaux fragiles : applications aux composites à matrice céramique et aux combustibles nucléaires." Bordeaux 1, 2007. http://www.theses.fr/2007BOR13448.

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Abstract:

Cette étude concerne la mise au point de critère prédictifs d'amorçage de fissures au voisinage d'une interface dans les bimatériaux fragiles. Le but est d'aider à l'élaboration de structures multicouches céramiques pouvant s'endommager progressivement en favorisant la déviation des fissures le long des interfaces entre couches. . Plusieurs mécanismes de fissuration sont analysés comme la compétition entre l'amorçage d'une décohésion interfaciale et la rupture du second matériau en amont d'une fissure principale située dans la couche adjacente. Ce travail est ensuite appliqué pour décrire la dérivation de fissure par une interface dans les composites à matrice céramique puis dans les combustible de réacteurs nucléaires. Sur cette dernière partie, une campagne expérimentale est menée pour déterminer les paramètres matériaux nécessaires aux critères de déviation ; une optimisation de l'enrobage du combustible est enfin proposée afin d'accrôtre sa ténacité apparente.

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Berge-Gras, Rébécca. "Analyse expérimentale de la propagation de fissures dans des tôles minces en al-li par méthodes de champs." Phd thesis, Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint-Etienne, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00716429.

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Abstract:

Ce travail porte sur des essais de traction réalisés sur des éprouvettes d'aluminium lithium entaillées, avec des observations in-situ du champ de déformations.La réduction de consommation de carburant est actuellement une priorité pour l'aviation. Les alliages d' Al-Li sont d'excellents candidats pour réduire le poids des avions puisqu'ils combinent de très bonnes propriétés mécaniques avec une densité inférieure à celle des alliages conventionnels. Cependant, les propriétés mécaniques de ces matériaux sont fortement anisotropes, et il est essentiel de contrôler ce phénomène afin d'utiliser le matériel à bon escient. À cette fin, il est nécessaire d'avoir le maximum d'informations sur le matériau tant sur ses propriétés microstructurales (taille et forme des grains...) que mécaniques (élasticité, module de Young, résistance à la fissuration ...). Mais la connaissance de ces propriétés mécaniques globales n'est pas suffisante pour maximiser la résistance à la fissuration (critique dans l'application aéronautique). Dans ce contexte, ce travail vise à quantifier l'influence de la microstructure locale (orientation et la taille des grains) sur la fissuration.La propagation des fissures dans des tôles d'épaisseur 2 mm a été analysée. Les essais de traction ont été effectués sur des échantillons entaillés avec observation in-situ du champ de déplacement.Ainsi, la méthode de la grille a été adaptée pour déterminer de grandes déformations dans les grains. Le champ de déplacement a été caractérisée par la déformation d'une grille croisée collée (pas 30 um), et les paramètres affectant la qualité des résultats (résolution et résolution spatiale) ont été optimisés. Afin de compenser le mouvement du corps rigide, un nouveau système automatique d'acquisition d'image conduisant à de petites déformations entre chaque image a été développé. Une nouvelle méthode d'extraction de phase a été instauré, permettant un déroulage temporel de la phase.

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Bouami, Driss. "Étude de la diffraction par le bord de fissure de faisceau ultrasonore focalisé et applications dans les essais de la mécanique de la rupture." Compiègne, 1986. http://www.theses.fr/1986COMPE056.

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Abstract:

Nous avons développé et breveté une méthode ultrasonore nouvelle que nous avons baptisée MU3F (Mesures par Ultrasons Focalisés sur les Fronts de Fissures). Elle est basée sur l'étude de l'évolution de l'amplitude d'échos et / ou de la position du pic d'échodynamique dus à la diffraction qui émane d'un coin d'entaille ou d'un bord de fissure. On a pu ainsi réaliser les performances suivantes : la détection précoce de l'amorçage de fissure de fatigue ; le suivi automatique de la propagation de fissure de fatigue ; la détection et le mesurage de la fermeture et de l'ouverture de fissure ; la détermination de la forme du front de fissure même courbé ; la détection de l'émoussement de fissure, la possibilité de mesurer l'ouverture en fond de fissure (C. T. O. D. ) peut-être envisagée ; la détection très précise de l'amorçage de déchirure ductile lors d'un chargement monotone ce qui permet de mesurer J1C de façon précise ; le suivi automatique de la propagation stable sous déplacement imposé, on peut ainsi déterminer la courbe jusqu'à des ouvertures importantes de fissure. Mais auparavant, pour choisir une bonne configuration technique et pour améliorer la sensibilité et la précision de la méthode proposée, nous avons fait plusieurs études expérimentales préalables des influences sur l'allure des pics d'échodynamique : des orientations du faisceau ultrasonore focalisé (angle de convergence, fréquence et diamètre de tache focale). Pour mieux connaître un tel phénomène afin de mieux l'utiliser et en expliquer les manifestations, nous avons réalisé deux études bibliographiques aussi complètes que possible : étude des aspects de diffraction de bord ; étude des principaux théories et modèles théoriques de diffraction. En outre, ayant mis en exergue les différentes performances de la méthode MU3F, il était logique de la situer parmi les autres méthodes déjà utilisées pour les mêmes besoins. C'est pour cela que nous avons fait une étude bibliographique aussi complète possible, de celles-ci ce qui nous a permis de les comparer à la méthode que nous avons mis au point
We have developed and patented a new ultrasonic method which we have named MU3F (Measurements by Ultrasounds Focussed on Fatigue Fronts). It is based on the analysis of the evolution of the echo amplitude and/or of the position of echodynamic peak due to wave diffraction from a notch edge or a crack tip. With this method, we have realized the following applications : the early detection of fatigue crack initiation, the monitoring of fatigue crack propagation , the detection and measurement of crack opening and closure, the determination of the crack front even if it of a pronounced thumbnail shape ; the detection of crack blunting, the possibility of measuring the C. T. O. D. (Crack Tip Opening Displacement) can be intended ; the accurate detection of the initiation of ductile tearing in specimen under monotonic loading : this allows the accurate measurement of J1C ; the automatic monitoring of stable growth under fixed displacement, the curve JR can be determined until large Crack Opening Displacements (C. O. D. ). However, previously, in order to choose a good technical configuration and to improve the sensitivity and the accuracy of the method we proposed, we have carried out many experimental studies : studies of the influences, on the shape of the echodynamic peaks, exercised by the orientations of the focussed ultrasonic beam with respect to the crack plane and its front , the focussed beam characteristics (convergence angle, frequency and focal zone diameter). With the intention of understanding this phenomenon in order to exploit it efficaciously and to explain some of its appearances we have realized two bibliographical studies as completely as possible : study of the different aspects of wave tip diffraction ; study of the main theories and theoretical models of diffraction. Furthermore, in order to compare the method we proposed to the existing others used for the same applications, we have carried out a bibliographical study on those methods

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Comby, peyrot Isabelle. "Développement et Validation d'un Outil Numérique Tridimensionnel pour décrire l'Endommagement et la Fissuration causés par la Réaction Alcali-Silice dans les Structures en Béton." Phd thesis, École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2006. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00002096.

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Abstract:

La Réaction Alcali-Silice (RAS) est une réaction chimique de dégradation des bétons occasionnant des désordres irréversibles au niveau de l'ouvrage. La modélisation de l'endommagement et de la fissuration d'une structure en béton tridimensionnelle victime de la RAS est donc de première importance en génie civil. Le logiciel FEMCAM (Finite Element Model for Concrete Analysis Method) a été développé dans ce cadre, afin de modéliser le comportement mécanique tridimensionnel des matériaux quasi-fragiles tels que les bétons. Dans cette thèse, nous avons développé une approche mésoscopique où le béton est considéré comme un matériau biphasé en présence de granulats et d'une pâte de mortier. Le modèle non local de Mazars avec formulation implicite a ainsi été implémenté et validé dans notre code Eléments Finis pour rendre compte du comportement élastique endommageable de la pâte de mortier. Nous abordons ensuite l'identification des paramètres élastiques et d'endommagement de ce modèle. Une attention particulière est portée à la campagne expérimentale menée au département Génie Civil de l'Ecole des Mines de Douai. Ces résultats expérimentaux ont été comparés aux résultats numériques via le module d'analyse inverse "RheOConcrete ". Des tests de compression, flexion trois points, essais brésiliens ont été ainsi réalisés. Les exemples d'applications proposés montrent l'influence du volume, de la répartition et du diamètre des granulats sur le comportement du béton. Nous utilisons ces résultats pour analyser les conséquences mécaniques de la RAS sur une éprouvette en béton. Les résultats numériques d'un béton soumis à un gonflement granulaire sont comparés aux résultats expérimentaux obtenus à l'Ecole des Mines de Douai. Cela permet de vérifier non seulement la cohérence du modèle numérique mais aussi de mieux comprendre l'influence de certains paramètres sur le mécanisme de la RAS. Enfin, nous soulignons l'importance de décrire avec précision les macrofissures générées par la réaction chimique. La dernière partie du mémoire concerne l'implémentation et la validation de la fissuration discrète en trois dimensions.

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Roucou, David. "Caractérisation et modélisation du comportement à la déchirure de matériaux élastomères endommagés par chargements multiaxiaux." Thesis, Ecole centrale de Lille, 2020. http://www.theses.fr/2020ECLI0001.

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Abstract:

Les élastomères sont utilisés dans les systèmes mécaniques pour assumer des tâches de suspension ou de liaison, comme dans le cas des pneumatiques. Les élastomères d’intérêt sont renforcés par des particules de noir de carbone. L’ajout de charges améliore certaines propriétés mécaniques telles que la raideur ou la résistance à l’abrasion, mais induit aussi un fort adoucissement de ces matériaux, dit effet Mullins, lors de l’étirement initial. Certaines applications soumettent des élastomères à des sollicitations extrêmes, pouvant provoquer une fissuration critique.Ce travail étudie l’impact de l’adoucissement par effet Mullins sur la propagation de fissures lors de chargements monotones.Des résultats expérimentaux préliminaires font ressortir des difficultés à caractériser la fissuration dans les matériaux étudiés. Une méthode d’analyse locale est développée, estimant les champs de déformation fortement hétérogènes auxquelles sont soumises les éprouvettes pré-entaillées. Ces observations valident des hypothèses permettant le calcul du taux de restitution d’énergie, qui caractérise la fissuration. Une campagne expérimentale est menée pour évaluer l’impact de précharges variées sur la propagation de fissures dans un élastomère chargé au noir de carbone. Afin d’expliquer certains résultats obtenus, l’équilibre énergétique théorique inhérent à la propagation de fissure est réévalué pour prendre en compte le caractère dissipatif de l’adoucissement. Enfin, les mesures expérimentales de la déformation locale sont ensuite exploitées pour compléter le bilan énergétique, en caractérisant la dissipation énergétique localisée due à l’effet Mullins
Rubber-like materials are currently used in machine design for suspension or connection functions, such as pneumatic tyres. The elastomers of interest are reinforced by carbon-black particles. The addition of these particles improves mechanical properties such as stiffness and abrasion resistance. However, it also leads to undesired strong softening of these materials, commonly known as Mullins effect, when first stretched. Elastomers can be submitted to extreme loading conditions according to the applications, generating critical crack propagation.This works studies the impact of softening caused by Mullins effect on crack propagation in filled rubbers submitted to monotonic loading.Some early experimental results point out the difficulties to characterize a crack propagation criterion. A local analysis is developed, allowing to study the highly heterogeneous strain fields witnessed when loading notched specimens. These observations lead to the validation of assumptions, which enable to calculate the strain energy release rate that characterizes the crack propagation. An experimental campaign was then performed to evaluate the impact of various preloads on crack propagation in a carbon-black filled rubber. In order to explain some of the results obtained, the theoretical global energy balance when the crack propagation occurs was revisited in order to take into account the dissipation caused by the Mullins softening. Finally, the experimental measures of local strain were used to complete the energy balance and characterize the localized energy dissipation due to Mullins effect

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Jiang, Li. "Calcul en fatigue des ouvrages métalliques par la mécanique de la rupture (approche probabiliste)." Phd thesis, Ecole Nationale des Ponts et Chaussées, 1994. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00569145.

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Abstract:

Cette thèse est une contribution à l'analyse probabiliste des ponts métalliques ou mixtes en fatigue. Dans cette thèse, nous proposons des méthodes originales, pour calculer l'indice de fiabilité ß et évaluer la probabilité de ruine, basées respectivement sur le modèle d'endommagement linéaire de Miner et sur la loi de propagation de fissure de Paris à seuil, qui prennent en compte les aléas quantifiés sur les charges de trafic réel et sur la résistance déduite des essais de fatigue. L'application du théorème central limite permet des calculs analytiques explicites du dommage cumulé. La modélisation de l'avancement de fissure par processus Markovien simplifie les calculs de la distribution de probabilité. Un programme informatique est fait pour calculer l'intégrale J et pour déterminer le facteur d'intensité de contraintes.

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Theodore, Fred. "Préformage de monocristaux de saphir optique : optimisation de la croissance hors fissuration par simulation numérique du problème thermomécanique." Grenoble INPG, 1998. http://www.theses.fr/1998INPG0100.

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Abstract:

Le preformage de monocristaux designe des methodes d'elaboration de geometries speciales au plus pres des cotes fonctionnelles. Nees de la necessite de controler le diametre des boules czochralski, ces techniques ont evolue jusqu'a concevoir le tirage au travers de filieres alimentees par des canaux capillaires. Applique au saphir, le preformage pose des problemes de qualite cristalline, de rupture fragile au cours de la croissance, et de respect des tolerances dimensionnelles. Des cristaux sont elabores par croissance capillaire classique et par une technique originale de preformage local dont on effectue la mise au point pour le tirage de tubes, de plaques, de cones, d'hemispheres, etc. Les pieces sont ensuite caracterisees pour verifier qu'elles conservent les proprietes optiques, notamment dans l'infrarouge, et les proprietes mecaniques des monocristaux massifs. Une grande part du travail realise consiste en la simulation numerique des conditions de croissance a haute temperature (t > 2000 c). Le calcul des echanges thermiques dans le four de tirage permet d'etablir les lois de regulation validees experimentalement. Un modele de comportement thermo-elasto-viscoplastique du saphir est mis en place et valide par la simulation d'essais mecaniques rapportes dans la litterature. La modelisation du comportement thermomecanique pendant la croissance donne ensuite une evolution fiable des contraintes dans le cristal et de la degradation de la qualite microstructurale par multiplication de dislocations. Elle est egalement appliquee a l'etude de conditions particulieres de tirage non realisees experimentalement. Enfin, ces calculs qui integrent toute l'histoire de la solidification determinent des criteres de compatibilite pour la croissance sans fissuration.

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Milanese, Julien. "Rupture intergranulaire assistée par l'oxydation et corrosion sous contrainte de produits minces en alliage 718 : rôle de la microstructure et de la chimie des joints de grains." Thesis, Toulouse, INPT, 2019. http://www.theses.fr/2019INPT0054.

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Abstract:

Du fait de ses bonnes caractéristiques générales, l’alliage 718 est utilisé pour la fabrication de certains composants présents dans les assemblages combustibles des Réacteurs à Eau Pressurisée (REP). Malgré la relative résistance à l’amorçage de défauts de Corrosion Sous Contrainte (CSC) de cet alliage, l’amélioration recherchée de la fiabilité et de la sureté des installations nucléaires nécessite une compréhension approfondie de ce mécanisme d’endommagement et la mise en place de solutions industrielles visant à augmenter les marges de fonctionnement de ces composants. Ainsi, une modification de la gamme de fabrication est envisagée par Framatome afin d’accroitre la résistance à la CSC des composants en alliage 718. L’identification des effets de l’état métallurgique est essentielle afin d’appréhender le mécanisme de CSC et d’appuyer la solution industrielle retenue. Sur ce point, les effets de la précipitation de la phase et de l’écrouissage sur la sensibilité à la fissuration intergranulaire du matériau ont été étudiés et l’identification des mécanismes de déformation mis en jeu aux joints de grains entreprise. La précipitation de la phase et l’écrouissage se révèlent être bénéfiques et améliorent la résistance à l’amorçage de fissures intergranulaires de l’alliage 718. Néanmoins, il a été montré qu’ils ne permettaient pas la désensibilisation totale du matériau à eux seuls. En outre, une composante de déformation par glissement intergranulaire a été identifiée dans le cas de coulées d’alliage 718 sensibles à la fissuration intergranulaire, et est partiellement inhibée pour le matériau issu de la gamme de fabrication modifiée. Ces observations ont abouti à la proposition d’un mécanisme d’amorçage basé sur ce mode de déformation particulier. Les différents résultats obtenus constituent un apport considérable quant à la compréhension du mécanisme de CSC de l’alliage 718. Ils amènent également des éléments d’explication du bon comportement du matériau issu de la gamme de fabrication modifiée. Aussi les résultats d’essais visant à éprouver la résistance à l’endommagement du nouveau matériau, montrent toute la pertinence de la solution industrielle envisagée face à la problématique rencontrée
Due to its good resistance to Stress Corrosion Cracking (SCC), some of the components of nuclear assemblies of Pressurized Water Reactors (PWR) are made of alloy 718. Nevertheless, the current trend is increasing the liability and the safety of nuclear plants and needs a further understanding of the SCC mechanism of the material. Framatome is also considering a modification of the processing route of the strips used for the manufacturing of these components in order to improve the SCC resistance of the alloy 718. To better understand the SCC mechanism and support the solution undertaken, the influence of the metallurgical state on the damaging process must be investigated. The influences of the precipitation of phase and cold working on the susceptibility to intergranular cracking of the alloy were examined and the deformation mechanism at grain boundaries identified. It was shown that these two features were beneficial and improve the cracking resistance of the alloy but could not provide full desensitization when taken separately. Furthermore, grain boundary sliding was identified on the material susceptible to SCC whereas it is partially suppressed on the resistant one. From these observations, a mechanism for the initiation of intergranular cracks based on grain boundary sliding has been proposed. This work is a valuable contribution for the better understanding of the SCC mechanism of the alloy 718 and provides an explanation to the higher cracking resistance of the material derived from the new processing route. In addition, the relevance of the industrial solution to suit the problematic encountered was put forward

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Le, Hoai Nam. "Etude de la propagation d'une fissure sous chargement thermique cyclique induisant un gradient de température dans l'épaisseur." Phd thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aéronautique, 2009. http://www.theses.fr/2009ESMA0008.

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Abstract:

Cette étude vise à appréhender le phénomène de propagation de fissure par fatigue thermique induisant un gradient de température dans l'épaisseur. Dans un premier temps, un dispositif expérimental original a été mis au point, permettant de soumettre une éprouvette parallélépipédique de 304L à du cyclage thermique entre 350°C et 100°C, en l’absence de chargement mécanique. Deux entailles semi-circulaires (profondeur 0,1mm, de largeur 4mm) ont été usinées. Les essais interrompus réalisés ont permis de caractériser et quantifier la propagation de la fissure existante en surface et à coeur. Dans une deuxième partie, des calculs numériques tridimensionnels ont été effectués sous Abaqus. Une automatisation utilisant Python a permis de simuler la propagation d'une fissure sous cyclage thermique, avec remaillage en front de fissure à chaque pas de calcul. Aucune hypothèse n'a été prise sur la forme de fissure durant la propagation. Une comparaison avec les résultats d'essais montre une très bonne concordance sur l'évolution de la forme du front de fissure ainsi que sur les cinétiques de propagation au bord et à coeur. Une approche analytique a également été développée se basant sur le calcul du facteur d'intensité de contraintes (FIC). Une approche bidimensionnelle a d'abord été mise en place nous permettant de mieux comprendre l'influence de différents paramètres thermiques et géométriques. Enfin, une approche tridimensionnelle, avec une fissure demeurant elliptique pendant la propagation, a abouti à une prédiction de la propagation en largeur et profondeur de la fissure tout à fait comparable à celle obtenue numériquement, mais avec des temps de calcul bien moindres
This study aims to figure out the crack growth phenomenon by thermal fatigue induced by thermal gradient through thickness of specimen. Firstly, an experimental facility has been developed: a rectangular parallelepiped specimen is subjected to thermal cycling between 350°C and 100°C; the specimen is freed to expand and contract. Two semi-circular notches (0,1mm depth and 4mm length) have been machined on the surface of the specimen. A series of interrupted tests has been carried out to characterize and quantify the crack growth in depth and surface of the pre-existing crack. Next, a three-dimensional crack growth simulation has been implemented in ABAQUS. Automation using Python was used to simulate the propagation of a crack under thermal cycling, with remeshing at crack front after each calculation step. No assumption has been taken on the crack front during the crack propagation. A comparison with test results showed very good agreement on the evolution of crack front shape and on the kinetics of propagation on the edge and the heart of pre-existing crack. An analytical approach was also developed based on the calculation of stress intensity factors (SIC). A two-dimensional approach was first introduced enabling us to better understand the influence of various thermal and geometric parameters. Finally, a three-dimensional approach, with an elliptical assumption crack shape during the propagation, leading to a prediction of crack growth on the surface and in depth which is very similar to that obtained numerically, but with computational time much lower

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Roucou, David. "Caractérisation et modélisation du comportement à la déchirure de matériaux élastomères endommagés par chargements multiaxiaux." Thesis, Centrale Lille Institut, 2020. http://www.theses.fr/2020CLIL0001.

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Abstract:

Les élastomères sont utilisés dans les systèmes mécaniques pour assumer des tâches de suspension ou de liaison, comme dans le cas des pneumatiques. Les élastomères d’intérêt sont renforcés par des particules de noir de carbone. L’ajout de charges améliore certaines propriétés mécaniques telles que la raideur ou la résistance à l’abrasion, mais induit aussi un fort adoucissement de ces matériaux, dit effet Mullins, lors de l’étirement initial. Certaines applications soumettent des élastomères à des sollicitations extrêmes, pouvant provoquer une fissuration critique.Ce travail étudie l’impact de l’adoucissement par effet Mullins sur la propagation de fissures lors de chargements monotones.Des résultats expérimentaux préliminaires font ressortir des difficultés à caractériser la fissuration dans les matériaux étudiés. Une méthode d’analyse locale est développée, estimant les champs de déformation fortement hétérogènes auxquelles sont soumises les éprouvettes pré-entaillées. Ces observations valident des hypothèses permettant le calcul du taux de restitution d’énergie, qui caractérise la fissuration. Une campagne expérimentale est menée pour évaluer l’impact de précharges variées sur la propagation de fissures dans un élastomère chargé au noir de carbone. Afin d’expliquer certains résultats obtenus, l’équilibre énergétique théorique inhérent à la propagation de fissure est réévalué pour prendre en compte le caractère dissipatif de l’adoucissement. Enfin, les mesures expérimentales de la déformation locale sont ensuite exploitées pour compléter le bilan énergétique, en caractérisant la dissipation énergétique localisée due à l’effet Mullins
Rubber-like materials are currently used in machine design for suspension or connection functions, such as pneumatic tyres. The elastomers of interest are reinforced by carbon-black particles. The addition of these particles improves mechanical properties such as stiffness and abrasion resistance. However, it also leads to undesired strong softening of these materials, commonly known as Mullins effect, when first stretched. Elastomers can be submitted to extreme loading conditions according to the applications, generating critical crack propagation.This works studies the impact of softening caused by Mullins effect on crack propagation in filled rubbers submitted to monotonic loading.Some early experimental results point out the difficulties to characterize a crack propagation criterion. A local analysis is developed, allowing to study the highly heterogeneous strain fields witnessed when loading notched specimens. These observations lead to the validation of assumptions, which enable to calculate the strain energy release rate that characterizes the crack propagation. An experimental campaign was then performed to evaluate the impact of various preloads on crack propagation in a carbon-black filled rubber. In order to explain some of the results obtained, the theoretical global energy balance when the crack propagation occurs was revisited in order to take into account the dissipation caused by the Mullins softening. Finally, the experimental measures of local strain were used to complete the energy balance and characterize the localized energy dissipation due to Mullins effect

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Françon, Virginie. "Corrosion sous contrainte par l’iode des alliages de zirconium : étude des paramètres critiques pour l’amorçage intergranulaire et la transition inter/transgranulaire." Thesis, Lyon, INSA, 2011. http://www.theses.fr/2011ISAL0046.

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Abstract:

La corrosion sous contrainte par l’iode (CSC-I) est l’un des mécanismes de rupture potentiels des crayons combustibles en alliage de zirconium, pouvant intervenir au cours des transitoires de puissance des réacteurs nucléaires. La fissuration par CSC-I comporte trois étapes : amorçage de la fissure, développement intergranulaire puis propagation transgranulaire. Le but du travail est d’identifier des paramètres critiques gouvernant les transitions entre ces différentes étapes. En premier lieu, des essais sur des éprouvettes en Zircaloy présentant des finitions de surface et des états métallurgiques variés permettent de discriminer l’influence de différents paramètres sur l’amorçage des fissures. Nous mettons en évidence le rôle critique du niveau des contraintes résiduelles, de leur répartition en surface ainsi que de leur profil au sein du matériau. La sensibilité des alliages à l’amorçage des fissures n’est pas directement corrélée à la rugosité de la surface. Cependant, la dispersion des paramètres de rugosité traduit l’irrégularité du profil, l’hétérogénéité du niveau des contraintes résiduelles, et donc l’existence de zones où les contraintes résiduelles sont localement moins protectrices. Dans un second temps, des éprouvettes de Zircaloy-4 possédant différents états d’écrouissage sont sollicitées sous charge constante, en présence de méthanol iodé. Les modifications microstructurales induites par l’écrouissage favorisent l’apparition de la propagation transgranulaire des fissures de CSC-I. Des observations des faciès de rupture en MET révèlent que la transition inter/transgranulaire intervient dans des zones où les grains sont fortement désorientés les uns par rapport aux autres, suite à l’augmentation des contraintes locales résultant des incompatibilités de déformation grain à grain
Iodine-induced stress corrosion cracking (I-SCC) is one of the potential failure modes of zirconium alloy fuel claddings during power transients in nuclear reactors. I-SCC failures are usually described in three steps: initiation of cracks, intergranular development and transgranular propagation. The objective of this work is to identify critical parameters controlling transitions between crack propagation modes. First of all, experiments conducted on Zircaloy samples with various surface conditions and metallurgical states lead to discriminate the influence of several parameters responsible for cracks initiation. The critical role of residual stresses level, their distribution at the subsurface and their evolution in the bulk of the material is evidenced. Sensitivity to I-SSC is not directly correlated to surface roughness. However, dispersion in roughness parameters indicates the presence of surface irregularities, heterogeneities of residual stresses and the existence of surface areas where residual stresses are less protective. In a second step, Zircaloy-4 samples with various strain-hardening pre-treatments are submitted to constant load tests in an iodine methanol solution. Microstructural modifications induced by a strain-hardening pre-treatment enhance transgranular propagation of I-SCC cracks. TEM observations of fracture surfaces show that the intergranular to transgranular crack transition takes place preferentially where the relative crystallographic orientation is large between two adjacent grains, because of local stress concentrations resulting from strain incompatibilities between neighbouring grains

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Ben, Ali Neji. "Caractérisation et modélisation micromécanique de la propagation de fissures fragiles par effet de l'hydrogène dans les alliages AA 7xxx." Phd thesis, Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint-Etienne, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00648428.

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Abstract:

Nous étudions la fragilisation par l'hydrogène de l'alliage d'aluminium 7108. Une technique expérimentale spécifique a été développée : Un pré-chargement en hydrogène des échantillons, à travers un dépôt de nickel de quelques dizaines de microns, qui empêche la dissolution du substrat d'aluminium, est utilisé. Il permet la comparaison de la résistance à la fragilisation de différentes microstructures modèles. Nous étudions l'effet du traitement thermique et de la précipitation sur la sensibilité à l'hydrogène pour des vitesses de déformation macroscopiques imposées variables. Différents modes de rupture sont observés ainsi que des transitions entre eux. Au moyen de simulations numériques à l'échelle mésoscopique, l'effet de taille des précipités intergranulaires pré-fragilisés sur la ténacité des joints de grains est estimé, en utilisant un modèle de zone cohésive. Nous analysons la compétition entre la diffusion de l'hydrogène vers la pointe de la fissure et la vitesse de fissuration par un couplage mécanique - diffusion basé sur la diffusion de l'hydrogène assistée par la contrainte hydrostatique. Une vitesse critique au-delà de laquelle l'hydrogène ne peut plus suivre la fissure, est mise en évidence. L'influence de la microstructure du joint de grains sur cette vitesse est analysée. La valeur est comparée à une estimation des vitesses de propagation expérimentales obtenues pour différentes vitesses de déformation macroscopiques. Nous analysons l'effet du piégeage de l'hydrogène par les précipités intergranulaires et la désorption sur la répartition de l'hydrogène le long du joint de grains en imposant un flux au niveau de l'interface précipités - matrice.

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Loukil, Mohamed Sahbi. "Étude expérimentale et numérique de la fissuration intralaminaire dans les composites à hautes performances." Thesis, Université de Lorraine, 2013. http://www.theses.fr/2013LORR0153/document.

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Abstract:

Le mécanisme d'endommagement le plus facilement observable lors d'un essai de traction est la micro-fissuration des plis. Ces fissures sont parallèles à la direction des fibres et s'étendent sur toute l'épaisseur du pli. L'apparition et la croissance du nombre de ces fissures engendrent une réduction progressive de la rigidité globale du composite. Lorsque le composite est sollicité mécaniquement, les concentrations de contraintes en pointe de fissures peuvent favoriser la création d'une zone où le pli fissuré et le pli adjacent sont décollés (phénomène de délamination). Il est évident que l'apparition de cette nouvelle forme d'endommagement modifiera la dépendance de l'ouverture et du glissement des lèvres des fissures avec le chargement appliqué. Il est donc nécessaire de trouver un moyen de mesure permettant l'estimation expérimentale des valeurs de l'ouverture moyenne et du glissement moyen des lèvres des fissures. L'objectif principal de cette thèse est de caractériser l'endommagement des matériaux composites (Fibre de carbone/époxy et fibre de verre/époxy) utilisés dans le domaine aéronautique. En utilisant l'interférométrie de speckle (ESPI), des mesures de plein champs de déplacements aux bords des échantillons et dans différentes couches du stratifié ainsi que des études par élément finis ont été effectuées dans le but de calculer l'ouverture et le glissement des lèvres des fissures. L'effet des propriétés élastiques des matériaux sur l'endommagement aussi bien que l'effet d'interaction entre les fissures ont été déterminés. Une discussion essais/calculs est enfin réalisée afin de juger la validité des hypothèses retenues
The macroscopic failure of composite laminates subjected to tensile increasing load is preceded by initiation and evolution of several microdamage modes. The most common damage mode and the one examined in this thesis is intralaminar cracking in layers. Due to this kind of microdamage the laminate undergoes stiffness reduction when loaded in tension. The degradation of the elastic properties of these materials is caused by reduced stress in the damaged layer which is mainly due to two parameters: crack opening displacement (COD) and crack sliding displacement (CSD). The first objective of this thesis is to investigate the effect of crack interaction on COD using FEM and to describe the identified dependence on crack density in a simple and accurate form by introducing an interaction function dependent on crack density. The application of this function to more complex laminate lay-ups is demonstrated. All these calculations are performed assuming that cracks are equidistant. Using FEM, we assume linear elastic material with ideal crack geometry. Fiber bridging over the crack surface is possible which can affect COD and CSD. The only correct way to validate these assumptions is through experiments. The second objective is to measure these parameters for different laminate lay-ups in this way providing models with valuable information for validation of used assumptions and for defining limits of their application. In particular, the displacement field on the edge of a [90/0]s and [903/0]s carbon fiber/epoxy laminates specimens with multiple intralaminar cracks in the surface layer is studied

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Magnier, Vincent. "Modélisation tridimensionnelle par éléments finis enrichis pour le calcul de singularités de délaminage et à la jonction de matériaux anisotropes." Thesis, Lille 1, 2008. http://www.theses.fr/2008LIL10083/document.

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Il est connu de longue date que les discontinuités matérielles et/ou géométriques peuvent provoquer des concentrations des contraintes, dites "surcontraintes", nocives pour la résistance du matériau qui doit les supporter. En effet, l'état de contrainte dans ces zones peut être singulier et ne peut être modélisé en pratique par éléments finis réguliers tridimensionnels, à moins de mailler très finement. Pour palier cette difficulté, nous proposons une méthode numérique en deux étapes. La première permet de déterminer l'ordre de la singularité et le mode de surcontraintes. La seconde étape consiste à inclure ces résultats dans une description des champs mécaniques régnant dans la structure pour obtenir les informations complètes sur l'amorçage de fissure via une règle de raccordement. Ce raccordement a d'abord été effectué dans une formulation d'éléments finis hybrides "Métis" à double singularité puis dans une formulation en déplacement pur. Cette technique a été étendue au cas général où l'exposant de singularité est quelconque permettant de résoudre des problèmes de bord libre ou d'entaille à la jonction de plusieurs matériaux anisotropes avec une grande précision. L'analyse duale d'un problème grâce aux deux types de formulations fournit une estimation a posteriori de l'erreur. Des applications numériques tant au niveau du calcul d'exposants de singularité que de celui des facteurs d'intensité des contraintes valident la méthode en s'appuyant sur divers exemples issus de la littérature. Les résultats montrent une bonne cohérence et une bonne précision. De plus, ces méthodes ne requièrent qu'un faible temps CPU
Material and/or geometry discontinuities can cause concentrations of stress. This stress can be harmful to the strength of the structure. Indeed, the state of stress in these areas can be singular. This kind of stress, called "overstress", can be modeled in practice by regular three-dimensional finite element, unless very finely meshed. To overcome this difficulty, we propose a numerical method in two steps. The first determines the singularity order and the mode fracture. The second step is to include these results in a description of the mechanical fields prevailing in the structure to obtain complete information on the initiation of the crack via a rule of connection. This connection was implemented in a finite element mixed formulation named "Metis" and a finite element displacement formulation. The proposed technique has been extended for all given singularity order. So, this technique can resolve any problems like free-edge or V-notch at the junction of several anisotropic materials with great precision. The dual analysis of a problem with these two types of formulations provides a posteriori error. Numerical applications for calculation of stress intensity factors and singularity order validate the proposed method on examples from literature. The results show a good consistency and good accuracy. Moreover, these methods require only low CPU time

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Ivanova, Ivelina. "Comportement mécanique de console courte en béton armé renforcée ou réparée par collage des matériaux composites." Thesis, Reims, 2013. http://www.theses.fr/2013REIMS033/document.

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Abstract:

Ce travail porte sur l'étude du comportement mécanique d'une console courte en béton armé renforcée par collage de tissus en fibres de carbone et en particulier sur l'influence du nombre de couches de tissus en fibres de carbone, du type du renforcement, de l'orientation des tissus composites, du type de tissus en fibres de carbone. Les résultats montrent que la performance de la console n‘augmente pas linéairement en fonction de l'épaisseur de la plaque composite. Il existe une épaisseur optimale de tissus en fibres de carbone. Dans le cas du renforcement sur les deux faces du béton, il existe un nombre de couches optimales. Dans le cas du renforcement par bandage, l'épaisseur de matériaux composites plus intéressants est de trois couches. Par contre, la résistance de la console renforcée dépend fortement de la surface renforcée. Les résultats montrent également que le comportement d'une console renforcée peut être présenté en trois phases: la phase élastique globale, la phase de la propagation de fissures et la phase de l'ouverture des fissures diagonales. Le renforcement de la console permet d'augmenter considérablement la résistance ultime de 20 à 82% et la rigidité de la console. Les ruptures des consoles renforcées peuvent être résumées en cinq modes. En se basant sur les résultats obtenus et les modèles existants, la résistance ultime de la console renforcée et non renforcée a été estimée et analysée. Un modèle basant sur lа théorie de l'endommagement a été développé dans ce travail. L'effet de fatigue sur le comportement et sur la résistance ultime de la console courte renforcée a été également étudié dans ce travail
This study deals with mechanical behaviour of strengthening reinforced concrete corbel by bonding carbon fibre sheet and in particular the influence of the number of layers of carbon fiber fabric, the type of strengthening, the orientation of the composite fabric and the type of carbon fiber fabrics .The results show that the performance of the corbel does not increase linearly with the thickness of the composite plate. There is an optimum thickness of the carbon fiber fabrics. In the case of strengthening on both sides of the concrete, there are an optimum number of layers. In the case of fully wrapped strengthening, the most interesting thickness of the composite is three layers. However, the resistance of the strengthening reinforced concrete corbel depends strongly on the bonded surface.The results also show that the behavior of strengthening corbel can be presented in three phases: the overall elastic phase, the phase of crack propagation and the phase of the opening of diagonal cracks. Strengthening the corbel can significantly increase the ultimate strength from 20% to 82 % and the stiffness of the corbel. The failure of the strengthening corbel can be summarized in five modes.Based on the results obtained and the existing models, the ultimate strength of the strengthening corbel or without strengthening, was estimated and analyzed. A model based on damage theory has been developed in this work. The effect of fatigue on the behavior and ultimate strength of the reinforced concrete corbel has also been studied

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Cherfaoui, Mohammed. "Étude de l'émission acoustique associée à l'endommagement en fatigue des matériaux sous sollicitations cycliques et par blocs programmés." Compiègne, 1985. http://www.theses.fr/1985COMPD011.

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Abstract:

La présente recherche concerne l'application de l'émission acoustique au contrôle de l'endommagement en fatigue des matériaux sous sollicitations cycliques et par blocs programmés. L'émission acoustique associée à la fissuration d'éprouvette CT d'alliages d’aluminium 2024 T 351 et 2618 AT 651 est analysée. Les résultats montrent que l'apparition de l'E. A. Dans le cycle ou le bloc de fatigue n'est pas aléatoire, elle se sépare en deux populations. La première, émission recueillie dans la partie haute du cycle, est bien corrélée à la longueur de la fissure sur les deux matériaux. La deuxième correspondant au bas du cycle quant à elle contient d'intéressantes informations sur les mécanismes associés à la fermeture de la fissure, notamment en ce qui concerne la mesure de la charge d'ouverture (Pop). L'E. A. Contient une information exploitable de l'endommagement par fatigue des matériaux métalliques. Elle permet de distinguer les différentes phases de l'essai de fatigue et d'évaluer l'endommagement à partir des seules données d'E. A. Les données d'E. A. Ont été aussi traitées par des méthodes d'analyse multidimensionnelle. Cette technique très puissante dans le traitement des grands tableaux de données a permis de déterminer, entre autre, les différentes populations des signaux dans le cas de la fatigue et cela pour trois matériaux différents : 2024 T 351, 2618 AT 651 et l'acier A. 52.

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Bourbita, Faten. "Comportement en fatigue anisotherme des composites unidirectionnels à matrice titane renforcée par des fibres de carbure de silicium." Phd thesis, École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2011. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00712981.

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Abstract:

L'objectif de cette étude est de déterminer la tenue du composite SCS-6/Ti6242, alliage de titane avec un renfort unidirectionnel de fibres SiC, pour des applications à température moyenne notamment pour des pièces critiques de moteurs aéronautiques, sous sollicitations thermiques et mécaniques combinées. Les conditions de chargement en service sont simulées en laboratoire par des essais de fatigue mécano-thermique, réalisés dans la plage de températures 100°C - 450°C, en contrainte imposée, sous un rapport de charge nul. Les observations des faciès de rupture réalisées par microscopie optique et électronique à balayage ont montré l'existence de deux mécanismes d'endommagement : la rupture des fibres comme en rupture monotone et la fissuration de la matrice par fatigue. Une analyse par éléments finis a été mise en place pour étudier le comportement mécanique du composite, à partir d'une méthode d'homogénéisation et du comportement de ses constituants. Les calculs montrent l'importance de la redistribution des contraintes entre les fibres et la matrice. Les résultats sont utilisés pour expliquer les mécanismes d'endommagement observés et les conséquences sur la prévision des durées de vie en fatigue anisotherme. La croissance de fissures longues en conditions anisotherme et isotherme a fait l'objet d'une étude expérimentale. Une analyse de mécanique de la rupture recourant à une méthode de zone cohésive a permis de rationaliser les vitesses fissuration observées.

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Roger, Julien. "On the investigation of experimental and numerical methods to characterise the fracture behaviour of epoxy resins : an approach to prevent failure in electronic component." Valenciennes, 2007. http://ged.univ-valenciennes.fr/nuxeo/site/esupversions/48ed864b-bebe-4a91-9c81-ed5526bb2924.

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Abstract:

Prediction of crack growth in encapsulating material has a critical issue on the reliability of electronic components. To prevent the risk of material rupture or to extend the lifetime of these structures, experimental and numerical methods are developed within the context of linear elastic fracture mechanics. The present study proposes to extend techniques to epoxy resins. First, an experimental procedure using compact tension (CT) specimens is applied to characterise the fracture toughness of epoxy resins. This technique is then used to compare different epoxy resins and to quantify effects due to presence of filler particles. Then, a method is proposed to determine a fracture criterion for cracks under mixed mode loading. Experiments enable to extract the direction of crack propagation for given proportions of tensile and shear loading. Based on finite element methods, a numerical analysis is used to calculate the direction of crack propagation. A comparison between experimental and numerical results confirms the capability of FE codes to predict curved crack path. As well, fatigue crack growth is investigated with CT specimens under cyclic loading. Material parameters are identified in accordance with the Paris law. With the help of the commercial software Zencrack, a crack propagation can be simulated by a sequential approach, in which the crack length is updated step by step. 2D and 3D models are generated. The influence of the crack curvature through the thickness is described. On that purpose, a modified Paris law is proposed. The simulated crack propagation provides excellent agreements with experimental measurements
La fiabilité des composants électroniques est parfois détériorée à cause de la propagation de fissures dans les matériaux de protection. Pour anticiper les risques de rupture et améliorer la durée de vie de ces structures, des méthodes expérimentales et numériques sont développées dans le cadre de la mécanique de la rupture linéaire élastique. La présente étude propose d’appliquer ces techniques aux résines époxy. Une procédure expérimentale est mise en place afin de caractériser la ténacité de résines époxy. La dispersion du test est évaluée avec une méthode statistique basée sur une distribution de Weibull. Cette technique permet une comparaison entre différents types de résines (chargées ou non chargées). Une méthode est ensuite proposée pour déterminer un critère de rupture pour les fissures sous chargement de mode mixte. Une analyse numérique, basée sur un code éléments finis, est utilisée pour calculer la direction de propagation. Une comparaison entre résultats numériques et expérimentaux confirme la capacité du code EF à prédire un chemin de fissuration incurvé. En outre, l’analyse de propagation de fissure en fatigue découle de résultats expérimentaux réalisés sur des éprouvettes Compact Tension (CT) soumises à un chargement cyclique en traction. Les paramètres matériaux sont extraits suivant une loi de type Paris. A l’aide du logiciel Zencrack, une propagation de fissure en 3D peut être simulée via une approche séquentielle, durant laquelle la fissure est propagée pas-à-pas. L’influence de la géométrie du front de fissure sur les prédictions numériques est mise en évidence. Les résultats numériques présentés sont en bon accord avec les résultats expérimentaux

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Bost, Marion. "Altération par le gel des massifs rocheux : Etude expérimentale et modélisation des mécanismes de génération des contraintes dans les fissures." Phd thesis, Ecole des Ponts ParisTech, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00360420.

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Abstract:

Les chutes de pierres et de blocs posent des problèmes de gestion du territoire dans les zones montagneuses. Or la caractérisation temporelle du risque de rupture dans les massifs rocheux passe par la description de la cinétique des phénomènes d'altération. Dans le cas des falaises de calcaire en région montagneuse, on peut estimer que le processus prépondérant d'altération est la propagation de la fissuration sous l'effet des cycles de gel-dégel. Ce mécanisme de rupture par le gel a été reproduit en laboratoire sur des éprouvettes entaillées. Les différentes expérimentations ont permis d'établir un modèle de la contrainte générée par le gel. L'allure de la contrainte, le long de la paroi d'une fissure, présente un maximum qui, avec le temps, se propage en profondeur jusqu'à une valeur-limite apparemment intrinsèquement liée au matériau. En fait la contrainte générée est le résultat de l'équilibre entre la pression de confinement induite par la progression du front de glace en profondeur dans la fissure et les pertes d'eau dans le réseau poreux de la roche environnante. Elle est donc fortement dépendante de la géométrie de la fissure et des caractéristiques du réseau poreux de la roche. Le facteur d'intensité de contrainte en fond de fissure correspondant au modèle de contraintes établi a été analytiquement estimé. Il est conforme à la possibilité d'initiation de la rupture selon le principe de la mécanique de la rupture. Des observations microscopiques effectuées au cours des cycles de gel-dégel ont mis en évidence une rupture progressive et hétérogène des calcaires. La propagation des fissures observée a fait l'objet d'une simulation numérique aux résultats encourageants. Cette étude a permis de donner des éléments-clé pouvant servir à l'élaboration d'une méthode de prévision de détachement d'un bloc rocheux soumis à l'alternance de périodes de gel et de dégel.

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Benrefad, Kacem. "Propagation des fissures de fatigue dans des alliages d'aluminium 7475 élaborés par métallurgie des poudres (P/M)." Compiègne, 1986. http://www.theses.fr/1986COMPE051.

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Abstract:

Influence de la taille des grains (6,7 um à 39 um) sur le seuil et la résistance à la fissuration par fatigue. Le comportement à la fissuration par fatigue peut être expliqué en tenant compte de l'effet de la rugosité des surfaces de rupture en comparaison entre les alliages fabriqués par métallurgie des poudres et ceux fabriqués par métallurgie conventionnelle. Proposition d'un modèle assez simple permettant de déterminer le seuil de non fissuration en tenant compte des effets de rapport de charge, de la limite d'élasticité cyclique, de la taille des grains et de l'espacement entre les précipités incohérents.

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Tang, Sui. "Étude de l'endommagement sous sollicitations monotone et cyclique de matériaux composites à matrices 2024 A1 et 2124 A1 renforcées par des fibres SiCw." Compiègne, 1989. http://www.theses.fr/1989COMPI284.

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Abstract:

Les composites à matrices d'alliages d'aluminium renforcées par des fibres de carbure de silicium possèdent des atouts intéressants mais aussi quelques faiblesses. Les études statiques de ces matériaux ont montré que l'augmentation de la résistance à la traction et du module d'Young sont appréciables par rapport au métal de base et que le mécanisme de rupture est gouverné par un processus de fissuration instable. Elles soulignent aussi que leur comportement mécanique est très lié au pourcentage de renfort et à la qualité de la matrice. On note également que les mécanismes de rupture de ces matériaux dans les sens long et transverse sont très différents. Le premier est gouverné par la matrice et le dernier par l'interface. La ténacité de ces composites est moins bonne que celle du métal de base. La limite d'endurance de ces matériaux est proche de celle de la matrice et elle peut augmenter après un polissage soigné. Les stries de fatigue habituellement observées sont absentes sur les faciès de rupture, ceci laisse supposer que le mécanisme de fissuration est un phénomène instable. En général, sous une sollicitation répétée, il se passe une fragilisation de l'interface au bout de la fibre. Enfin, ces composites sont très sensibles à l'état de surface, tant pour les propriétés monotones que cycliques.

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Stanic, Andjelka. "Solution methods for failure analysis of massive structural elements." Thesis, Compiègne, 2017. http://www.theses.fr/2017COMP2383/document.

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Abstract:

Objectifs de la thèse : l’analyse à rupture de structure de type solides et membranes et la modélisation de la rupture quasi-fragile par la méthode des éléments finis à forte discontinuité en cas de solide 2D. Dans ce travail, la méthode de continuation avec une équation de contrainte quadratique est présentée sous sa forme linéarisée. En présence de ruptures locales, la méthode de continuation standard peut échouer. Afin d’améliorer la performance de cette méthode, nous proposons de nouvelles versions plus sophistiquées qui prennent en compte les ruptures locales des matériaux. D’une part, une version est basée sur une équation supplémentaire adaptative imposant une limitation. Cette version est considérée relativement satisfaisante pour les matériaux adoucissants. D’autres versions sont basées sur le contrôle de la dissipation incrémentale pour les matériaux inélastiques. Plusieurs formulations d’éléments finis à forte discontinuité sont présentées en détails pour l’analyse de rupture quasi-fragile. Les approximations discrètes du champ de déplacement sont basées sur des éléments quadrilatéraux isoparamétriques ou des éléments quadrilatéraux enrichis par la méthode des modes incompatibles. Afin de décrire la formation d’une fissure ainsi que son ouverture, la cinématique de l’élément est enrichie par quatre modes de séparation et des paramètres cinématiques. On a également proposé un nouvel algorithme de repérage de fissure pour l’évaluation de la propagation de la fissure à travers le maillage. Plusieurs exemples numériques sont réalisés afin de montrer la performance de l’élément quadrilatéral à forte discontinuité ainsi que l’algorithme de repérage de fissure proposé
The thesis studies: the methods for failure analysis of solids and structures, and the embedded strong discontinuity finite elements for modelling material failures in quasi brittle 2d solids. As for the failure analysis, the consistently linearized path-following method with quadratic constraint equation is first presented and studied in detail. The derived path-following method can be applied in the nonlinear finite element analysis of solids and structures in order to compute a highly nonlinear solution path. However, when analysing the nonlinear problems with the localized material failures (i.e. materialsoftening), standard path-following methods can fail. For this reason we derived new versions of the pathfollowing method, with other constraint functions, more suited for problems that take into account localized material failures. One version is based on adaptive one-degree-of-freedom constraint equation, which proved to be relatively successful in analysing problems with the material softening that are modelled by the embedded-discontinuity finite elements. The other versions are based on controlling incremental plastic dissipation or plastic work in an inelastic structure. The dissipation due to crack opening and propagation, computed by e.g. embedded discontinuity finite elements, is taken into account. The advantages and disadvantages of the presented path-following methods with different constraint equations are discussed and illustrated on a set of numerical examples. As for the modelling material failures in quasi brittle 2d solids (e.g. concrete), several embedded strong discontinuity finite element formulations are derived and studied. The considered formulations are based either on: (a) classical displacement-based isoparametric quadrilateral finite element or (b) on quadrilateral finite element enhanced with incompatible displacements. In order to describe a crack formation and opening, the element kinematics is enhanced by four basic separation modes and related kinematic parameters. The interpolation functions that describe enhanced kinematics have a jump in displacements along the crack. Two possibilities were studied for deriving the operators in the local equilibrium equations that are responsible for relating the bulk stresses with the tractions in the crack. For the crack embedment, the major-principle-stress criterion was used, which is suitable for the quasi brittle materials. The normal and tangential cohesion tractions in the crack are described by two uncoupled, nonassociative damage-softening constitutive relations. A new crack tracing algorithm is proposed for computation of crack propagation through the mesh. It allows for crack formation in several elements in a single solution increment. Results of a set of numerical examples are provided in order to assess the performance of derived embedded strong discontinuity quadrilateral finite element formulations, the crack tracing algorithm, and the solution methods
Doktorska disertacija obravnava: (i) metode za porušno analizo trdnih teles in konstrukcij, ter (ii) končne elemente z vgrajeno močno nezveznostjo za modeliranje materialne porušitve v kvazi krhkih 2d trdnih telesih. Za porušno analizo smo najprej preučili konsistentno linearizirano metodo sledenja ravnotežne poti skvadratno vezno enačbo (metoda krožnega loka). Metoda omogoča izračun analize nelinearnih modelov, ki imajo izrazito nelinearno ravnotežno pot. Kljub temu standardne metode sledenja poti lahko odpovedo,kadar analiziramo nelinearne probleme z lokalizirano materialno porušitvijo (mehčanje materiala). Zatosmo izpeljali nove različice metode sledenja poti z drugimi veznimi enačbami, ki so bolj primerne zaprobleme z lokalizirano porušitvijo materiala. Ena različica temelji na adaptivni vezni enačbi, pri katerivodimo izbrano prostostno stopnjo. Izkazalo se je, da je metoda relativno uspešna pri analizi problemov zmaterialnim mehčanjem, ki so modelirani s končnimi elementi z vgrajeno nezveznostjo. Druge različicetemeljijo na kontroli plastične disipacije ali plastičnega dela v neelastičnem trdnem telesu ali konstrukciji.Upoštevana je tudi disipacija zaradi širjenja razpok v elementih z vgrajeno nezveznostjo. Prednosti inslabosti predstavljenih metod sledenja ravnotežnih poti z različnimi veznimi enačbami so predstavljeni naštevilnih numeričnih primerih. Za modeliranje porušitve materiala v kvazi krhkih 2d trdnih telesih (npr. betonskih) smo izpeljali različne formulacije končnih elementov z vgrajeno močno nezveznostjo v pomikih. Obravnavane formulacije temeljijo bodisi (a) na klasičnem izoparametričnem štirikotnem končnem elementu bodisi (b) na štirikotnem končnem elementu, ki je izboljšan z nekompatibilnimi oblikami za pomike. Nastanek in širjenje razpoke opišemo tako, da kinematiko v elementu dopolnimo s štirimi osnovnimi oblikami širjenja razpoke in pripadajočimi kinematičnimi parametri. Interpolacijske funkcije, ki opisujejo izboljšano kinematiko, zajemajo skoke v pomikih vzdolž razpoke. Obravnavali smo dva načina izpeljave operatorjev, ki nastopajo v lokalni ravnotežni enačbi in povezujejo napetosti v končnem elementu z napetostmi na vgrajeni nezveznosti. Kriterij za vstavitev nezveznosti (razpoke) temelji na kriteriju največje glavne napetosti in je primeren za krhke materiale. Normalne in tangentne kohezijske napetosti v razpoki opišemo z dvema nepovezanima, poškodbenima konstitutivnima zakonoma za mehčanje. Predlagamo novi algoritem za sledenje razpoki za izračun širjenja razpoke v mreži končnih elementov. Algoritem omogoča formacijo razpok v več končnih elementih v enem obtežnem koraku. Izračunali smo številne numerične primere, da bi ocenili delovanje izpeljanih formulacij štirikotnih končnih elementov z vgrajeno nezveznostjo in algoritma za sledenje razpoki kot tudi delovanje metod sledenja ravnotežnih poti

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Bensussan, Philippe. "Approches mécaniques globale et locale de l'amorçage et de la propagation de fissures par fluage dans l'alliage léger aluminium-cuivre 2219." Paris 11, 1986. http://www.theses.fr/1986PA112360.

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Abstract:

On présente une étude expérimentale et théorique de l’amorçage et de la propagation de fissures par fluage dans l’alliage aluminium-cuivre 2219 à 150-200°C. L’application d’une «Approche Globale» s’appuyant sur la mécanique de la rupture élasto-viscoplastique conduit à faire appel à des paramètres de chargement tels K, J ou C*… afin de tenter d’établir d’éventuelles corrélations uniques avec les temps à amorçage et les vitesses de propagation de fissures. On démontre cependant que l’application des concepts de la mécanique de la rupture ne conduit pas à de telles corrélations pendant certains stages de la fissuration, ce qui en limite considérablement l’intérêt pratique. On a donc étendu à la fissuration par fluage la méthodologie de l’«Approche Locale» de la rupture. Cette dernière s’appuie sur la modélisation de l’endommagement, d’une part, et sur la connaissance des champs de contrainte et de déformation en pointe de fissure, d’autre part. On démontre clairement l’intérêt de l’approche locale, bien que son application exige la réalisation et la simulation par éléments finis d’essais supplémentaires, sur éprouvettes axisymétriques entaillées par exemple, afin d’identifier les lois multiaxiales de comportement et d’endommagement
An experimental and theoretical study of creep crack initiation and growth in 2219 aluminum-copper allow at 150-200°C is presented. The application of “Global Approach” methodologies based on elasto-viscoplastic fracture mechanics concepts has led to the introduction of load parameters such as K, J, C*… in order to establish eventual unique correlations with the times to initiation and the crack growth rates. These approaches are shown to be of very limited practical use since fracture mechanics cannot provide unique correlations in all the stages of creep cracking. “Local Approach” methodologies have thus been extended to creep cracking. These latter methodologies rely on damage models, on the one hand, and ion crack tip stress and strain fields, on the other hand. The application of local approach methodologies is clearly shown to be very promising, although additional tests and finite element simulations must be performed, on round notched specimens for example, in order to determine multiaxial constitutive and damage laws

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Amoura, Nasreddine. "Identification et caractérisation des défauts en milieux axisymétriques par la méthode des équations intégrales duales." Compiègne, 2010. http://www.theses.fr/2010COMP1886.

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Abstract:

Un nombre important de composants, présents dans les applications industrielles, peuvent être simulés en tant que domaines axisymétriques. Dans leurs environnements, pendant leur utilisation, ils subissent des essais non destructifs permettant de détecter d’éventuels défauts ou fissures. Les ultrasons, le courant de Foucault, les fluides pénétrants ou les rayons X sont des méthodes relativement chères et lourdes. En plus, elles ne donnent pas l'emplacement exact de ces défauts. Le principe de ces méthodes consiste à appliquer un champ (vibration, champs électromagnétique, rayonnement…) au composant et de lire les réponses en certains points « capteurs » judicieusement sélectionnés. Dans d'autres techniques, il est possible de mesurer la réponse statique, stationnaire ou transitoire, ainsi que les fréquences propres. Si cette information est employée dans une technique numérique, une identité plus précise pour le défaut pourrait être produite. Le problème, ainsi abordé, appartient à la classe des problèmes inverses d’identification. Sur le plan de la simulation numérique, les problèmes inverses d’identification de fissures dans les structures mécaniques sont de véritables défis et conduisent à des activités de recherche importantes et notamment par éléments de frontière. Dans ce contexte, le présent travail a pour objectif le développement d’une méthode robuste pour l’identification et la caractérisation de fissures dans des structures axisymétriques. La méthode des éléments de frontière duale est utilisée pour la résolution du problème direct. Ensuite, un couplage d’une séquence quasi-aléatoire (SQA) et de l’algorithme du simplex permet la minimisation de la fonction-coût. Cette dernière est exprimée par la norme quadratique des erreurs entre les déformations calculées et celles mesurées aux points capteurs. Les mesures sont aléatoirement perturbées et la norme résiduelle est régularisée afin de produire un algorithme efficace et numériquement stable. La qualité des résultats obtenus et les performances intéressantes en temps de calcul font du couplage SQA-simplex, une approche bien adaptée aux problèmes d’identification de fissures axisymétriques
Many components used in industrial applications can be simulated as axisymmetric media. In situ, and throughout their lifespan, they undergo non destructive tests to detect any flaws or cracks. Ultrasonic, Eddy current, flux leakage or x-ray tests are quite expensive and resources intensive, yet they don’t yield an exact location of the defects. In these methods a specific field is applied to the component in question and a set of sensors, meticulously placed, measure the response. In other techniques, it is possible to measure static response, steady state or transient response and eigenfrequencies. If this information is used in a numerical technique, a more accurate identity for the defect could be produced. Problems dealing with this information are known as inverse identification techniques. Prolific research activity has seen the light dealing with the numerical simulation of inverse problems of cracks identification especially in mechanical structures by the means of boundary elements. In this context, the present work aims at the development of a robust method for the identification and the characterization of cracks in axisymmetric structures. The dual boundary element method is used to solve the direct problem followed by a coupled quasi-random sequence and the simplex algorithm. This allows the minimization of the cost function, which is expressed as the difference between strains at the boundary sensor points, in the guessed crack shape, and the ones measured in the actual crack identity. A closed loop process that uses the initial measures that are randomly disturbed and the residual norm is regularized to provide an efficient and numerically stable algorithm that leads to a stabilized solution. The quality of the results and the interesting performances in terms of computing time make the coupled SQA-simplex algorithm, a well adapted approach to axisymmetric crack identification problems

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Malheiros, Livia Cupertino. "Study of Structure, Hydrogen Diffusion and Trapping, Plasticity and Fracture towards the Comprehension of Hydrogen-Assisted Cracking of High-Strength Low-Alloy Martensitic Steels." Thesis, La Rochelle, 2020. http://www.theses.fr/2020LAROS022.

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Abstract:

Le défi que représente le développement d'aciers pour oil country tubular goods (OCTG) avec une résistance mécanique de plus en plus élevée tout en maintenant une résistance suffisante au sulfide stress cracking (SSC) motive cette recherche vers une meilleure compréhension de la fragilisation par l'hydrogène des aciers martensitiques revenus faiblement alliés. La caractérisation structurale est réalisée par de multiples techniques,notamment le MEB-EBSD, le MET, la DSC, la DRX synchrotron et conventionnelle. Les résultats sont liés aux paramètres de diffusion et de piégeage provenant de la perméation électrochimique (EP) et de la spectroscopie de désorption thermique (TDS). Ils sont principalement examinés en termes de densité de dislocation, de concentration de lacune, de limite d'élasticité, de composition et de température de revenu pour dix aciers martensitiques. Des essais de traction, de charge-décharge et de relaxation des contraintes sont réalisés sans hydrogène, après pré-chargement et désorption de l'hydrogène, et sous flux d'hydrogène pour évaluer l'impact du piégeage et de la mobilité de l'hydrogène dans les interactions hydrogène-plasticité. Pour l'essai sous flux d'hydrogène, une cellule de perméation électrochimique est construite sur une machine de traction, ce qui permet de surveiller en continu le flux global d'hydrogène et la charge mécanique pendant l'essai de traction des éprouvettes entaillées et non entaillées. En faisant varier les géométries des entailles et les densités de courant de polarisation cathodique, nous avons testé la susceptibilité des aciers à la fissuration assistée par l'hydrogène sous différentes intensités de flux et de concentration d'hydrogène pour plusieurs états mécaniques. Les essais sur des échantillons pré-chargés ont révélé que l'hydrogène profondément piégé a un impact mineur sur le comportement mécanique et la rupture, tandis que l'hydrogène mobile entraîne une rupture fragile par quasi clivage aux surfaces d'entrée de l'hydrogène. Les résultats de l'essai de perméation sous charge de traction sont intégrés dans la modélisation par éléments finis (FEM). Les conditions macroscopiques et locales (issues de la FEM) pour le développement de la rupture par quasi-clivage assistée par l'hydrogène sont évaluées, ainsi que la sensibilité de ces conditions de seuil (contrainte, déformation plastique, flux et concentration d'hydrogène) à l’intensité de la polarisation cathodique appliquée
The challenge of developing steels for sour service oil country tubular goods (OCTG) with mechanical strengthhigher and higher maintaining a sufficient resistance to sulfide stress cracking (SSC) motivates this researchtowards a better understanding of the hydrogen embrittlement of low-alloy tempered martensitic steels. Structuralcharacterization is performed by multiple techniques including SEM-EBSD, TEM, DSC, synchrotron andconventional XRD. The results are related to diffusion and trapping parameters from electrochemical permeation(EP) and thermal desorption spectroscopy (TDS), being mostly discussed in terms of dislocation density, vacancyconcentration, yield strength, composition and tempering temperature for ten martensitic steels. Tensile, loadingunloadingand stress-relaxation tests are completed without hydrogen, after hydrogen pre-charging and desorption,and under hydrogen flux to evaluate the impact of hydrogen trapping and mobility on the hydrogen-plasticityinteractions. For the test under hydrogen flux, an electrochemical permeation cell is built on a mechanical testingmachine, which allows continuous monitoring of the global hydrogen flux and mechanical loading during thetensile test of notched and unnotched specimens. By varying the notch geometries and the cathodic polarizationcurrent densities, we tested the susceptibility of the steels to hydrogen-assisted cracking under various intensitiesof hydrogen flux and concentration for several mechanical states. Tests on pre-charged specimens revealed thatdeeply trapped hydrogen has a minor impact on the mechanical behavior and fracture, whereas mobile hydrogenleads to brittle quasi-cleavage fracture at the hydrogen entry surfaces. The permeation test under tensile loadingresults are incorporated into finite elements modelling (FEM). Macroscopic and local (from FEM) conditions forthe development of hydrogen-assisted quasi-cleavage fracture are evaluated, as well as the sensitivity of thesethreshold conditions (stress, plastic strain, hydrogen flux and concentration) to the severity of the applied cathodicpolarization

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Gao, Xiaofeng. "Modèle pour la prévision de la résistance nominale des matériaux quasi-fragiles : application à la modélisation de l'endommagement et de la rupture des enrobés bitumineux sous sollicitations de fatigue par la méthode des éléments discrets." Thesis, Strasbourg, 2017. http://www.theses.fr/2017STRAD007/document.

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Abstract:

L’estimation de la durée de vie et de la rupture de structures composées par des matériaux quasi-fragiles nécessite le développement de nouveaux modèles théoriques et numériques. Dans ce travail, la modélisation de l’apparition des fissures et leur propagation en chargement monotone est d'abord étudiée. Un modèle d'effet de taille pour les structures fissurées et sa forme généralisée pour les structures présentant des défauts plus complexes qu’une fissure sont développés. Les prédictions du modèle de rupture sont comparées à des résultats expérimentaux de la littérature pour divers spécimens composés de différents matériaux et de différentes tailles. Des échantillons présentant des défauts initiaux en forme de V et en forme de trou illustrent les capacités de la formulation. Ensuite, l’endommagement et la fissuration induite par des chargements cycliques en fatigue sont discutés. Un modèle local en éléments discrets est développé, qui permet de coupler les deux mécanismes (endommagement et fissuration). Les prédictions numériques sont comparées aux résultats théoriques et expérimentaux. À la fin, les applications associées au comportement du béton bitumineux renforcé par des grilles en fibres de verres sont analysées en détail
The prediction of the fatigue life and the rupture of structures made of quasi-brittle materials requires the development of new theoretical and numerical models. In this work, the modelling of the crack initiation and propagation under monotonic loading is firstly investigated. A size effect model for cracked structures and its generalized form for structures with defects more complex than a crack are developed. The predictions of the proposed model are compared with experimental results from the literature for various specimens of different materials and sizes. Samples with initial V-shaped and hole-shaped defects exemplify the formulation's capabilities. Then, the damage and cracking induced by cyclic fatigue loads is discussed. A local model using discrete elements is developed, that allows the coupling of two mechanisms (damage and fatigue cracking). The numerical results are compared to those of experimental bending fatigue tests. Finally, applications associated with the behavior of fiber glass reinforced asphalt concrete are analyzed in detail

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Dissertations / Theses on the topic 'Rupture par fissuration'

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