Approche globale à deux paramètres (K[rhô]-T[rhô]) : estimation des contraintes de confinements dans des structures portant des entailles

par Mohammed Hadj Meliani

Thèse de doctorat en Mécanique

Sous la direction de Zitouni Azari.

Soutenue en 2009

à Metz .


  • Résumé

    L'importance de l'approche globale à deux paramètres dans l'analyse de mécanique linéaire élastique de la rupture est de plus en plus reconnue pour des évaluations de fracture dans des applications d'ingénierie. La considération du deuxième paramètre, à savoir la contrainte élastique T, ou T-stress en anglais, permet d'évaluer le niveau de confinement à la pointe de la fissure où d'entaille. Il est important de fournir des solutions de la contrainte T pour une pratique géométrie pour employer la mécanique de la rupture à base de contrainte de confinement. Dans la présente recherche, nous fournissant des solutions de la contrainte T pour une entaille en forme de U dans le cas de quatre éprouvettes : CT, DCB, SENT et Tuile Romaine. L'entaille en forme de U est analysée utilisant la méthode d'élément finie par le code de calcul Castem 2000 pour déterminer la distribution de contraintes à la pointe de l'entaille et le long du ligement. Le rapport du profondeur du défaut sur l'épaisseur a été varié : a/w = 0. 1, 0. 2, 0. 3, 0. 4, 0. 5, 0. 6 et 0. 7. Le rayon de l'acuité de l'entaille a été fixé pour toute la géométrie à 0. 25 mm. Contrairement aux fissures, il a été trouvé que la contrainte T n'est pas constante et dépend de la distance de la pointe de l'entaille. Pour évaluer cette contrainte dans le cas d'une entaille, une nouvelle méthode, à savoir, la méthode de ligne, inspirée de l'approche de méthode volumétrique proposée par pluvinage a été développée. La méthode est basée sur la détermination d'une contrainte moyenne T sur une distance effective en avant de la pointe de l'entaille. Ainsi, l'approche à deux paramètres a été adoptée pour la mécanique de la rupture à deux paramètres pour les entailles en termes du Facteur d'Intensité de Contraintes d'entaille Kpc et la contrainte moyenne (effective) Teff. La courbe de transférabilité de ténacité à la rupture (Kpc -Teff) dans l'acier de pipeline X52 a été établi. Cette approche a été utilisée avec succès pour évaluer quantitativement le champ des confinements à la pointe de l'entaille pour des différentes géométries et conditions de chargements

  • Titre traduit

    Two-parameter approach (K[rhô]-T[rhô]) : constraint effects in structural with notches


  • Résumé

    The importance of the two-parameter approach in linear eleastic fracture mechanics analysis is increasingly being recognized for fracture assessments in engineering applications. The consideration of the second parameter, namely, the elastic T-stress, allows estimating the level of constraint at a crack or notch tip. It is important to provide T-stress solutions for practical geometries in order to employ the constraint-based fracture mechanics methodology. In the present research, T-stress solutions are provided for a U-shaped notch in the case of four specimens : CT, DCB, SENT and Romain Tile. The U-shaped notch is analyzed using the finite element method by the commercial Castem 2000 software to determine the stress distribution ahead of the notch tip. The notch aspect ratio was varied : a/w = 0. 1, 0. 2, 0. 3, 0. 4, 0. 5, 0. 6 and 0. 7. The notch-tip radius was fixed for all geometries and equal 0. 25 mm. In contrast to a crack, it was found that the T-stress is not constant and depends on distance from the notch-tip. To estimate the T-stress in the case of a notch, a novel method, namely, method of line, inspired from the volumetric effective distance ahead of the notch tip. The effective distance corresponds to the point with a minimum of the stress gradient in the fracture process zone. Thus, the two-parameter approach was adopted for the notch two-parameter fracture mechanics in terms of the notch stress intensity factor Kpc and the effective (average) T-stress, Teff. Fracture toughness transferability curve (Kpc-Teff) of X52 pipe steels has been established. This approach was successfully used to quantify the constraints of notch-tip fields for various geometries and loading conditions. Moreoveer, the proposed T-stress estimation creates a basis to analyse the crack path under mixed mode loading from viewpoint of the two-parameter fracture mechanics

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  • Annexes : Notes bibliogr.

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