R-Curve behaviour and size effect of a quasibrittle material : wood

par Nuno Miguel Dourado

Thèse de doctorat en Mécanique

Sous la direction de Marcelo de Moura et de Gérard Valentin.

Le président du jury était Paulo Tavares de Castro.

Le jury était composé de Carlos Sequeira, Abílio de Jesus, Stéphane Morel, Jaime Planas.

Les rapporteurs étaient Elisabeth Bouchaud, A. Balacó de Morais.

  • Titre traduit

    Comportement Courbe-R et effet d’échelle d’un matériau quasi-fragile : le bois


  • Résumé

    Ce travail concerne des expériences mécaniques, des analyses numériques et des modélisations analytiques de la rupture cohésives (Mode I), vis-à-vis de l’étude du comportement mis en évidence par la courbe de Résistance (Courbe-R) et l’effet d’échelle de structures entaillées en bois massif. Des expériences de fissuration sont combinées à des analyses numériques pour déterminer les propriétés de rupture au moyen d’une procédure appelée Théorie de la Mécanique de la Rupture Linéaire Élastique équivalente (TMRLE), basée sur la complaisance de la structure. La courbe-R, obtenue à partir des expériences, selon une méthode de correction du poids propre, montre l’existence d’un domaine endommagé (Zone de Processus de Rupture) de taille non négligeable se développant en fond de fissure. Dans des conditions de fissuration stationnaire, ce domaine atteint une taille critique, et l’énergie nécessaire pour faire propager la fissure avec ce domaine endommagé (par unité de surface de rupture), reste constante. Le taux de libération de l’énergie de fissuration ainsi attendu, joue un rôle important en Mécanique de la Rupture, car il est possible simuler le comportement quasi-fragile du matériau en combinaison avec les autres propriétés de cohésion. La loi d’effet d’échelle de Bažant, utilisée pour prévoir l’influence de la taille sur la contrainte nominale, est estimée à partir de la réunion de deux comportements asymptotiques réalisés sur de petites tailles (Analyse limite ou RdM) et des grandes tailles. Une procédure analytique est présentée pour évaluer le comportement asymptotique additionnel exhibé par la contrainte nominale dans le régime intermédiaire, de façon plus exacte. Une validation numérique est présentée, et l’information expérimentale vient confirmer ce comportement asymptotique.


  • Résumé

    This work concerns the mechanical testing, numerical analysis and modelling of cohesive fracture (Mode I) on the purpose to study the Resistance-curve behaviour and the size effect in wooden notched structures. The mechanical testing is combined with the numerical analysis to evaluate fracture properties by means of an equivalent LEFM approach based on the structure compliance. The Resistance-curve being revealed from the experiments, by means of a self-weight compensation method, correction puts into evidence that a non-negligible damaged domain (Fracture Process Zone) is under development in the crack front during the loading process. This being the case, among other fracture parameters issued from the Resistance-curve, the critical (asymptotic) energy release rate is determined, turning possible to use it in combination with other cohesive crack properties in the crack modelling (in Mode I). Thus, for a given geometry it is possible to monitor the critical dimension being revealed by the Fracture Process Zone (FPZ) during the crack propagation. The well known Bažant’s size effect law provides the scaling of the nominal strength through the asymptotic matching performed both on the small (Strength Theory) and on the large (LEFM) structure sizes. An analytical procedure is proposed to determine an additional asymptotic regime in the intermediate size range through a more accurate manner. Numerical validations of the proposed procedure are made and experimental data is presented revealing the scaling of the nominal strength through an envelop of values.


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