Etude de la compétition déchirure ductile / rupture fragile : application à la tenue mécanique des tubes en acier C-Mn et de leurs joints soudés

par Vincent Le Corre

Thèse de doctorat en Mécanique

Sous la direction de Suzanne Degallaix.

Soutenue en 2006

à l'Ecole Centrale de Lille .


  • Résumé

    L’étude porte sur le comportement à rupture des structures minces soudées dans le domaine de transition fragile/ductile. Elle a pour objectif de proposer un critère permettant de définir les conditions pour lesquelles le risque de rupture par clivage reste nul sur une structure fissurée. L’étude bibliographique montre que les difficultés de la prédiction du comportement à rupture d’une structure sont dues au fait que la probabilité de rupture dépend des champs mécaniques en pointe de fissure. Le domaine de transition fragile/ductile dépend donc de la géométrie étudiée. Une contrainte seuil, en-dessous de laquelle le clivage ne peut avoir lieu, est définie à partir d’essais sur éprouvettes entaillées rompues à très basse température. L’analyse numérique par éléments finis d’essais de rupture sur éprouvettes CT dans le domaine de transition fait apparaître une relation linéaire entre la probabilité de rupture et le volume de matière ayant dépassé la contrainte seuil, montrant ainsi la pertinence du critère proposé. De plus, plusieurs relations simplifiant l’identification des paramètres du critère sont établies. Le critère est appliqué à un acier C-Mn de construction nucléaire, en s’intéressant plus particulièrement à la limite supérieure du domaine de transition. Un essai de rupture sur un tube aux dimensions d’utilisation est conçu, développé, réalisé et interprété grâce à une simulation numérique. Les résultats montrent premièrement qu’il existe sur la structure un décalage important du domaine de transition, dû au faible confinement de plasticité rencontré dans les structures minces, deuxièmement que le critère en contrainte seuil permet d’estimer simplement ce décalage.

  • Titre traduit

    Study of the competition between ductile tearing and brittle fracture : application to the mechanical strength of C-Mn pipes and their welded joints.


  • Résumé

    This study deals with the fracture behaviour of welded thin structures in the ductile to brittle transition range. It aims to propose a criterion to define the conditions for which the risk of fracture per cleavage does not exist on a cracked structure. The literature review shows that the difficulties of prediction of the fracture behaviour of a structure are related to the dependence of the fracture probability to the mechanical fields at the crack tip. The ductile to brittle transition range thus depends on the studied geometry of the structure. A threshold stress, below which cleavage cannot take place, is defined using fracture tests on notched specimens broken at very low temperature. The finite element numerical simulation of fracture tests on CT specimens in the transition range shows a linear relation between the fracture probability and the volume exceeding the threshold stress, thus showing the relevance of the proposed criterion. Moreover, several relations are established allowing to simplify the identification of the criterion parameters. The criterion is applied to a nuclear structural C-Mn steel, by focusing more particularly on the higher boundary of the transition range. A fracture test on a full-scale pipe is designed, developed, carried out and analysed using its numerical simulation. The results show firstly that, on the structure, the transition range is shifted in temperature, compared to laboratory specimens, due to the low plasticity constraint met in thin structures, and secondly that the threshold stress criterion allows to estimate simply this shift.

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Informations

  • Détails : 1 vol. ( xiv-350 p.)
  • Annexes : Bibliogr. à la suite de chaque chapitre, 110 réf.

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  • Bibliothèque : Université des sciences et technologies de Lille (Villeneuve d'Ascq, Nord). Service commun de la documentation.
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  • Cote : 50376-2006-378
  • Bibliothèque : Ecole Centrale de Lille (Villeneuve d'Ascq, Nord). Centre de documentation.
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  • Bibliothèque : École normale supérieure. Bibliothèque.
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  • Cote : Archives / LMT / THE 561
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