Découplage des modes mixtes de rupture dans les matériaux viscoélastiques orthotropes : modélisation et expérimentation

par Rostand Moutou Pitti

Thèse de doctorat en Génie civil

Sous la direction de Frédéric Dubois.

Soutenue en 2008

à Limoges , dans le cadre de École doctorale Science, technologie et santé (Limoges) , en partenariat avec Université de Limoges. Faculté des sciences et techniques (autre partenaire) .

Le jury était composé de Joseph Gril, Alain Millard, Myriam Chaplain, Joseph Absi.

Les rapporteurs étaient Joseph Gril, Alain Millard.


  • Résumé

    Ce mémoire présente une nouvelle méthode séparant les modes mixtes de rupture dans les matériaux viscoélastiques orthotropes soumis au fluage. La formulation analytique proposée est basée sur l’intégrale invariante M. Dans une première phase, une modélisation numérique de l’outil est proposée et comparée avec une formulation analytique issue de la densité d’énergie libre d’Helmholtz. L’indépendance du domaine d’intégration est justifiée, et simultanément, les différentes évolutions du taux de restitution d’énergie G sont présentées en fonction du temps. Une seconde phase propose une extension de l’intégrale M à la propagation de fissure. Le formalisme analytique repose sur les théorèmes de conservation énergétiques et une conjonction des champs réels et virtuels. Grâce à une formulation incrémentale du comportement viscoélastique, l’algorithme de propagation proposé est résolu grâce au code de calcul aux éléments finis CASTEM. Ainsi, l’indépendance du domaine est justifiée, et G est présenté en fonction du temps, de la vitesse de propagation et de la longueur de fissure, justifiant ainsi, la capacité du model à séparer les modes. Enfin, l’éprouvette 2MCG (Mixed Mode Crack Growth), traduisant les effets temporels dus au fluage, est proposée. Sa conception résulte d’une part, compromis entre les éprouvettes DCB (Double Cantilever Beam) et CTS (Compact Tension Shear), et d’autre part de l’observation d’une plage de stabilité de G instantané calculé via l’intégrale M. Grâce à une presse et à l’analyse d’images, les essais instantanés sont effectués afin d’obtenir la longueur de fissure, les forces F et G critiques. Enfin, une propagation viscoélastique intégrant les phases d’amorçage, les temps critiques et la longueur de la zone d’élaboration mixte est envisagée.

  • Titre traduit

    Mixed-modes fracture separation in viscoelastic orthotropic materials : modelling and experimentation


  • Résumé

    Due to creep process, a new method based on M integral, separating mixed-modes fractures in viscoelastic material, is presented in this thesis. In the first time, a numerical modelling of M is proposed and compared with an analytical formulation given by Helmholtz’s free energy density. In this fact, the non dependence domain integration is proven. In the same time, the different evolutions of energy release rate G versus time are shown. In the second time, a generalization of M to crack growth process is proposed. The analytical development is based on conservative laws and a combination of real and virtual fields. According to an incremental viscoelastic formulation, the proposed numerical crack growth algorithm is resolved with finite element software CASTEM. In this case, the non dependence domain integration is also shown. So, the different evolutions of G versus time, crack speed and crack length are posted. This fact proves the capacity of the proposed model to traduce efficiently the mixed-modes fractures separation and viscoelastic effect. Finally, a new 2MCG (Mixed-Mode Crack Growth) specimen, traducing viscoelastic characteristics due to creep loading is proposed. Its design results from a judicious compromise between DCB (Double Cantilever Beam) and CTS (Compact Tension Shear) specimens, but also, by the observation of an instantaneous energy release rate stability given by the previous M integral. Thanks to a press and the images analysis, several instantaneous tests have been performed in order to traduce the crack length and the critical values of the load F and G. At the end, a real viscoelastic integrating the crack initiation, the critical time and the length of the process zone in mixed mode is proposed.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (vi-146-8 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 136-146 : 131 réf

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