Etude expérimentale et approche locale de l'arrêt de fissure de clivage dans un acier bainitique,

par Anna Dahl

Thèse de doctorat en Mécanique des matériaux

Sous la direction de Clotilde Berdin-Meric.

Le président du jury était Philippe Bompard.

Le jury était composé de Clotilde Berdin-Meric, Alain Combescure, Jacques Besson, Paul-Philippe Gilles, Dominique Moinereau.

Les rapporteurs étaient Alain Combescure, Jacques Besson.


  • Résumé

    EDF souhaite conforter la justification de l’intégrité des cuves de réacteurs nucléaires à eau pressurisée, basées sur l’amorçage de fissure, par le concept d’arrêt de fissure. L'objectif de la thèse est de consolider les travaux de prévision de l’arrêt des fissures fragiles dans l’acier de cuve. Des essais d'arrêt de fissure isothermes réalisés entre -150°C et -50°C sur des éprouvettes CT et sur des anneaux en compression ont été analysés. Les analyses fractographiques montrent que la propagation et l’arrêt de fissure se produisent en clivage même si de la déchirure ductile précède la propagation instable de fissure. Un critère local d’arrêt de fissure fragile est appliqué lors de calculs par éléments finis en élastoviscoplasticité et en dynamique : la rupture se produit si la contrainte principale maximale est égale à une contrainte critique. Ce critère permet de bien prédire les vitesses de propagation ainsi que les longueurs de fissure à l’arrêt. La contrainte critique augmente avec la température en relation avec les signes de dissipation observés sur les surfaces de rupture. Une dépendance du critère à la géométrie est observée. Elle peut être liée aux hypothèses de calculs réalisés en bidimensionnel. L’étude de la dynamique de la structure montre que le phénomène d’arrêt de fissure est fortement lié à la dynamique globale de la structure : l’arrêt et la fermeture de la fissure interviennent simultanément.

  • Titre traduit

    Experimental study and local approach of cleavage crack arrest in a bainitic steel


  • Résumé

    EDF wants to complete the assessment of reactor pressure vessels usually based on crack initiation concept by crack arrest concept. The work aims at improving the knowledge of cleavage crack arrest in reactor pressure vessel steel. For that purpose, isothermal crack arrest experiments were performed for temperatures ranging from –150°C up to –50°C on compact tensile specimens and on pre-cracked rings submitted to compressive loading. Fractographic observations revealed that the whole crack propagation and arrest occurs by cleavage even if ductile tearing occurs before initiation of the unstable crack propagation. A local cleavage crack arrest criterion is applied in finite element computations carried out in elastoviscoplasticity and in full dynamics: the crack propagates since the largest principal stress reaches a critical stress. The application of this criterion on the experiments leads to a good prediction of the crack speed and of the crack length and shows that the critical stress increases with the temperature in relation with dissipation features observed on the fracture surfaces. Dependence to the geometry is observed; it can be due to the assumption used for the 2D computations. The study of the structural dynamic shows that the crack arrest phenomenon is very linked to the global dynamics of the structure: crack arrest and crack closure occur approximately at the same time.


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