Modélisation de la propagation instable et limitée de fissure dans les zones locales fragiles

par Haithem Adouani

Thèse de doctorat en Mécanique et matériaux

Sous la direction de Clotilde Berdin.


  • Résumé

    Assurer l’intégrité des structures et composants industriels de grande taille passe par la considération de la présence de défauts et par la détermination des conditions d’amorçage, de propagation et d’arrêt des fissures dues à la présence de ces défauts. Notre étude est motivée par la prédiction de la propagation quasi-statique et dynamique de fissures dans les composants industriels de grande taille. Il s’agit d’étudier l’extension instable de ces fissures lorsqu’elles s’amorcent dans des zones locales fragiles. Le phénomène dit de « pop-in » peut alors être observé. Au cours de cette étude, nous analysons le phénomène du pop-in en développant une approche numérique appropriée. La fissuration est modélisée par la théorie de la zone cohésive. Dans notre étude, nous avons choisi d’utiliser des éléments finis d’interface pour représenter les fissures. Ces éléments sont développés dans un code éléments finis orienté objets. Le comportement mécanique de ces éléments d’interface est régi par une loi de comportement cohésive adoucissante développée pour évaluer l’endommagement et la rupture des matériaux étudiés. Le développement de la loi de comportement cohésive a nécessité la mise en place de solveurs statiques et dynamiques non-linéaire appropriés et efficaces, basés sur la méthode de Newton modifiée et sur la méthode de Galerkin discontinue en temps. Le développement de ces outils numériques a été testé et validé par des calculs numériques sur éprouvettes CT. Enfin, l’application sur une structure de grande taille, des différents outils numériques développés et validés sur des éprouvettes d’essai, est présentée.

  • Titre traduit

    Modeling of unstable and limited crack propagation in local brittle zones


  • Résumé

    The assessment of some industrial security components often needs to predict the initiation of brittle crack. A second level of security can be achieved in predicting crack arrest, especially when crack initiates in local brittle zone and extends towards tougher material zones. Such a situation can occur, for example, when the manufacturing process induces heterogeneities in large components. In this case, one observed the so-called “pop-in” phenomenon, which comes from limited brittle crack propagation. In this study, we propose to analyze the pop-in phenomenon induced by local brittle zones by developing an appropriate numerical approach that allows reliable and efficient modeling of the limited crack propagation. Crack extension is modeled using the well-known cohesive zone theory. In our study, we choose to use finite element interface to simulate crack propagation. These elements are implemented in an object oriented finite element code. The mechanical behavior of these interface elements is governed by a softening cohesive law of behavior developed to assess the damage and fracture of studied materials. The development of this law has required the introduction of appropriate and effective static and dynamic non-linear solvers, based on modified Newton method and time discontinuous Galerkin method. The development of these numerical tools has been tested and validated by numerical tests on CT specimen. Finally, the numerical tools are applied to industrial structures.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (167 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 92 réf.

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  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : TH 65452
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