Prédiction de l'initiation de fissures dans les élastomères par la mécanique configurationnelle

par Malik Aït-Bachir

Thèse de doctorat en Génie mécanique

Sous la direction de Erwan Verron.

Soutenue en 2010

à l'Ecole centrale de Nantes , en partenariat avec Institut de recherche en génie civil et mécanique (Nantes) (laboratoire) .


  • Résumé

    La prédiction de l'initiation de fissures macroscopiques en fatique multiaxiale dans les pièces industrielles en élastomère est aujourd'hui un enjeu majeur. Les travaux récents ont montré que l'initiation de ces fissures maroscopiques correspond à la propagation de fissures microscopiques. Dans ce contexte, la présente thèse étudie la possibilité de prédire ce phénomène microscopique en se plaçant à l'échelle macroscopique de la mécanique des milieux continus où le matériau est vierge de défauts. En considérant a priori que la mécanique configurationnelle est un outil théorique pertinent pour traiter ce problème, une première étude consiste à prédire le plan d'initiation des fissures en déterminant l'orientation de la surface matérielle plane de l'espace subissant virtuellement l'endommagement le plus important au cours de la déformation. Cette approche permet de définir un prédicteur de durée de vie en fatigue pour les matériaux hyperélastiques (isotropes et anisotropes) fondé sur le tenseur d'Eshelby. Celui-ci fournit la zone où apparaît la fissure macroscopique et l'orientation de celle-ci. La seconde étude proposée considère explicitement une petite fissure baignant dans un état de déformation multiaxial. Elle conduit à une nouvelle expression du taux de restitution d'énergie d'une petite fissure en termes d'équilibre des forces configurationnelles au voisinage de la fissure et permet de démontrer la proportionnalité de celui-ci par rapport à la longueur de la fissure; le facteur de proportionnalité est une fonction implicitedes champs mécaniques du milieu continu. Finalement les deux approches sont comparées et critiquées.

  • Titre traduit

    Prediction of crack initiation in elastomers from configurational mechanics


  • Résumé

    Predicting the initiation of macroscopic cracks under multiaxial fatique in industrial elastometric parts in an important unsolved problem. Prior works have shown how the initiation of macroscopic cracks can be rationalized in terms of the propagation phenomenon of microscopic cracks. In this context, the present thesis investigates the possibility of predicting the microscopic crack propagation phenomenon via analysis of a defect-free macroscopic continuum. An initial study atemps to apply the Eshelby Stress from configurational mechanics to the problem of predicting the plane of crack initiation. The prediction is made by searching for the material plane that experiences the worst virtual damage throughout the given deformation. Both the cases of isotropic and anisotropic hyperemastic materials are considered. The second study considers explicitly the mechanics of a small crack under arbitary multiaxial straining. It leads to a new understanding of the ernergy release rate of a small crack in terms of the banlance of configurational froces acting in the crack's near and far-field. The new understanding enables a proof that under arbitrary loads, the crack's energy release rate scale in proportion to the crack lengh. It is shown that the proportionality factor depnds implicitly on the far-field loading applied to the continuum. In the end, both approaches are compared and criticized.

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Informations

  • Détails : Nombre de vol. (253 p.)
  • Annexes : Bibliographie p.247-253

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  • Bibliothèque : Ecole centrale de Nantes. Médiathèque.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : Th. 2326 bis
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