Étude de l'effet d'échelle sur la déformation à rupture des aciers à hautes vitesses de déformation

Study of the size effects on steel fracture strain at high strain rate

• Auteur / Autrice : Benoît Pierre Moras
• Direction : Guy Pluvinage
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique
• Date : Soutenance en 2000
• Etablissement(s) : Metz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réacteurs nucléaires -- Caissons

Déformations (mécanique)

Acier -- Rupture

Résumé

L'Institut fur reaktorsicherheit Forschungszentrum de Karlsruhe dispose de maquettes de couvercle de cuve de réacteur nucléaire sur lesquelles sont réalisées des simulations d'explosions. Afin d'extrapoler les résultats de ces expériences à des réacteurs de taille réelle, une bonne compréhension de l'effet d'échelle sur les caractéristiques mécaniques des matériaux constituant les cuves de réacteurs est nécessaire. Les principaux éléments des cuves de centrales nucléaires sont constitues d'aciers ferritique et austénitique. Dans le cadre de cette étude, ces aciers ont été testés à des vitesses de déformation allant de 0. 001/s à 200/s. Des éprouvettes axisymmetriques lisses et entaillées de trois diamètres 3, 9 et 30 millimètres ont été considérées. Les résultats d'essais obtenus ont montré que l'unique caractéristique des aciers affectée par la taille des éprouvettes était la déformation à rupture, les déformations à rupture mesurées sur les éprouvettes de grands diamètres étant plus faibles que celles mesurées sur les éprouvettes de diamètre plus petit. Une étude bibliographique étendue a été effectuée afin de trouver des idées d'approches permettant de traiter de l'effet d'échelle dans les matériaux ductiles et d'en identifier les origines possibles. A la vue des articles répertoriés, il est apparu que les inclusions présentent dans les métaux ductiles pouvaient être à l'origine de l'effet d'échelle observé, soit parce que le taux de croissance critique des inclusions suit une loi statistique, soit parce la taille des inclusions et leur espacement est indépendant de la taille structure considérée, soit parce que la croissance des inclusions dépendant de la distribution de la triaxialité des contraintes. Dans l'étude théorique effectué ici un modèle de rupture basé sur la triaxialité des contraintes et l'existence d'une dimension intrinsèque au processus de rupture a été testé, ce modèle s'est révélé inadapté pour traiter de l'effet d'échelle rencontré. D'autre part, il a été montré qu'un critère de rupture ductile uniquement basé sur la triaxialité des contraintes permettait de prédire de manière acceptable la rupture des éprouvettes testées. Finalement, il a été montré qu'une loi d'effet d'échelle en fonction puissance pouvait être utilisée pour traiter de l'effet d'échelle rencontré à la déformation à la rupture