Groupe de travail Mécamat « Interfaces dans les milieux solides »
Compte rendu de la journée Mécamat
Rupture et endommagement aux interfaces dans les assemblages
Mercredi 30 Mai 2001
Laboratoire de Modélisation en Mécanique – CNRS UMR 7607
Université Pierre et Marie Curie, 8 rue du Capitaine Scott, 75015 PARIS
Salle 931-933, 9ème étage.
Y. Charles (LMT, Cachan) Tenue à long
terme d’assemblages céramique-métal.
Y.
Charles a présenté une étude concernant un assemblage alumine/acier inoxydable
soumis à des contraintes résiduelles après fabrication. Les résultats
expérimentaux montrent que l’amorçage et la propagation des fissures affectent
la partie céramique. Un modèle probabiliste a été développé pour décrire
l’amorçage et la propagation sous critique dans cette partie. Son
identification et sa validation sont obtenues à l’aide d’un essai de
microindentation et d’un essai de flexion trois points sur barreau entaillé.
J. Besson (ENSPM, Evry) Fissure
proche d’une interface entre deux matériaux élastoplastiques : approche
locale, approche globale.
J. Besson s’est intéressé au problème de
l’interaction fissure-interface dans un bimatériau sans contraste élastique
dont chaque composant possède des propriétés plastiques différentes. Lorsque la
fissure est perpendiculaire à l’interface, une approche globale à l’aide des
paramètres J (intégrale de Rice) et Q (paramètre de confinement) se révèle peu
concluante tandis que des approches locales (modèle de Beremin en rupture
fragile et modèle de Rice et Tracey en rupture ductile) sont plus adaptées. Des
résultats d’essais et des modélisations (utilisant cette fois le modèle local
couplé de Rousselier) concernant des éprouvettes possédant une fissure proche
de l’interface mais dont la direction est parallèle à l’interface ont également
été présentés.
J. Schlosser (CEA, Cadarrache)
Développement d’une liaison entre une briquette en Carbone/Carbone et une
structure de refroidisseur.
Au
cours de son exposé, J. Schlosser a décrit la troisième génération de
composants de confinement du plasma utilisés pour le réacteur de fusion
nucléaire TORESUPRA. Il s’agit d’un élément de refroidisseur comprenant un
assemblage composite carbone/carbone – cuivre. La liaison comporte une couche
d’adaptation en cuivre doux liée au composite grâce à un procédé particulier
(Active Metal Casting) qui utilise un usinage laser préalable de la surface du
composite afin de faciliter son accrochage sur le cuivre. Un test non
destructif (utilisant une mesure infrarouge) a été développé pour contrôler cette
liaison afin de garantir un bon échange thermique entre la face supérieure du
composite (soumise à une température d’environ 1000°C ) et la partie en cuivre
(dont la température est 450°C). De nombreux éléments ont déjà été réalisés
avec succès et le taux de rebut est de l’ordre de 5%.
J. Li (LERMES, Montluçon) Effet
de retardement du décollement de l’interface sur la propagation d’une fissure
dans un bimatériau.
J. Li a étudié le décollement d’une interface en
avant d’une fissure principale dans un bimatériau. Un modèle de Dugdale est
utilisé pour la fissure interfaciale. Le problème est résolu à l’aide de la
superposition de plusieurs problèmes élémentaires dont certains sont modélisés
par une densité de dislocation. Une formulation sous forme intégrale est
obtenue puis résolue par une méthode numérique. De nombreux résultats ont été
présentés concernant la charge critique provoquant la propagation de la fissure
interfaciale ainsi que la stabilité de cette fissure.
R. Joannic (DGA, Centre Technique
d’Arcueuil) Quelques exemples d’application où il est possible de contrôler une
fissuration aux interfaces d’assemblages collés de matériaux composites ou
métalliques.
R. Joannic s’intéresse à la détermination de la
ténacité d’interfaces au sein d’assemblages collés. La géométrie de l’essai
doit être optimisée pour contrôler la trajectoire de la fissure le long de
l’interface concernée. Un essai de clivage sur une éprouvette ADCB est utilisée
pour estimer la ténacité de l’interface entre l’aluminium et un adhésif dans un
assemblage Al/Verre. L’épaisseur des deux substrats est ajustée pour
contraindre la fissure à se propager le long de l’interface. Dans le cas de
l’interface âme (nid d’abeille) / peau dans une éprouvette sandwich, la
direction de l’application de la charge est modifiée pour imposer la
trajectoire de la fissure.
M. Dupeux (LTPCM, Grenoble) Mesure de
l’énergie d’adhérence d’interfaces hétérogènes par
gonflement-décollement : principe et exemples d’applications.
M. Dupeux a montré divers exemples de mesure de
tenue mécanique d’interfaces dans des assemblages. La méthode expérimentale
utilise le test de gonflement qui permet la détermination d'une énergie
d'adhérence grâce à l’injection d’un fluide au travers d’un orifice usiné dans
le substrat. Cette technique a permis l’étude d’assemblages tungstène
(épaisseur de 1 à 4 microns) /silicium pour obtenir dans ce cas une énergie
d'adhérence de l’ordre de quelques J/m2, résine époxyde (épaisseur
de 400 à 500 microns) /acier inoxydable conduisant à une énergie d'adhérence de
l’ordre de quelques centaines de J/m2. Dans le cas d’un système
oxyde/acier inoxydable, cet essai a permis de constater que l’énergie
d’adhérence diminue lorsque l’épaisseur de la couche d’oxyde augmente.
A. Burr (ESPCI, Paris) Sur l’assemblage de certains matériaux : du nanoscopique vers le macroscopique.
A. Burr a présenté divers types de matériaux pour
montrer la nécessité de prendre en compte les interfaces. Dans le cas d’un
multicouche PMMA/PMMA(renforcé par des nanoparticules-diamètre 30nm- de
silice), les fortes dispersions des résultats de caractérisation mécanique sont
imputables à la présence d’une zone interfaciale peu chargée en particules.
Dans le cas d’un composite PHEMA renforcé par des nanoparticules de silice, la prise
en compte des agrégats (notion de « gomme incluse ») est
indispensable pour interpréter le comportement mécanique. Enfin, un modèle de
comportement d’un composite SiC/Ti prenant en compte la décohésion
matrice/renfort a été présenté.
L. Champaney (LMT, Cachan) Exemple de
rupture d’interface par la mécanique de l’endommagement.
L. Champaney a cherché à comparer les modèles de la mécanique de la rupture (à partir de solutions analytiques de modèles poutres) et de la mécanique de l’endommagement (en employant un modèle d’interface élastique endommageable) pour analyser le comportement d’assemblages collés à l’aide d’éprouvettes entaillées. L’intérêt s’est porté principalement sur l’essai ENF qui est particulièrement délicat à cause de la présence d’instabilités pour les courtes longueurs d’entailles initiales. Les résultats sont concluants même si les outils numériques sont très sensibles au choix des discrétisations temporelles et spatiales.
D. Leguillon (LMM, Paris VI) Critère d’amorçage de fissure aux interfaces entre les composants d’un assemblage.
D. Leguillon a présenté un modèle d’amorçage de fissure dans un assemblage de matériaux fragiles. Toute la difficulté réside en la détermination de la longueur d’amorçage qui est une inconnue du problème. Il est démontré qu’une condition énergétique fournit une borne inférieure de cette longueur tandis qu’une condition en contrainte donne accès à la borne supérieure. La combinaison de ces deux conditions permet d’établir un critère d’amorçage de fissure aux interfaces faisant intervenir la ténacité interfaciale et une contrainte critique. L’expression du critère est particulièrement simple lorsqu’un seul mode de rupture est activé. La comparaison avec divers résultats expérimentaux montre que l’emploi de ce critère se révèle tout à fait satisfaisant.
LISTE DES PARTICIPANTS
Rhadi
Abdelmoula
LPMTM
– Institut Galilée, Université de Paris Nord, 1 av. J.B. Clément, 93430
VILLETANEUSE
Pierre
Alart
LMGC,
Université de Montpellier 2, CC048, 34095 MONTPELLIER Cedex 5
Céline
Barret
SNECMA-moteurs
DMF, 33 LE HAILLAN
Jacques
Besson
Centre
des Matériaux, Ecole des Mines, BP87, 91003 EVRY Cedex
Alain
Burr
PCSM-ESPCI,
10 rue Vauquelin, 75231 PARIS Cedex 05
Nicolas Carrère
ONERA/DMSE/LCME, 29 avenue de la Division Leclerc,
BP72, 92322 CHATILLON Cedex
Michaël Caliez
ONERA/DMSE/LCME, 29 avenue de la Division Leclerc,
BP72, 92322 CHATILLON Cedex
Jean Louis Chaboche
ONERA/DMSE/LCME, 29 avenue de la Division Leclerc,
BP72, 92322 CHATILLON Cedex
Laurent Champaney
Université de Versailles, 45 avenue des Etast Unis,
78035 VERSAILLES Cedex
Yann Charles
LMT, ENS de Cachan, 61 avenue du Président Wilson,
94235 CACHAN Cedex
Yann.Charles@lmt.ens-cachan.fr
Jean-Yves Cognard
ENS de Cachan-Bretagne, Campus de Ker Lann, 35179
BRUZ
Jean-Yves.Cognard@bretagne.ens-cachan.fr
Peter Davies
IFREMER, BREST
Sylvio De Barros
CMMC, Université de Versailles, 45 avenue des Etast
Unis, 78035
Rodrigue Desmorat
LM2S, Université
de Paris 6, 8 rue du Capitaine Scott, 75015 PARIS
Jean-Christophe
Devillers
LAMIH,
Université de Valenciennes, Le Mont Houy, 59313 VALENCIENNES
jean-christophe.devillers@univ-valenciennes.fr
Olivier
Dezellus
CEA-Grenoble,
DTEN/SMP/LESA, 17 rue des Martyrs, 38054 GRENOBLE
Michel
Dupeux
LTPCM,
ENSEEG, BP75, 38402 ST. MARTIN D’HERES Cedex
Samuel
Forest
Centre
des Matériaux, Ecole des Mines, BP87, 91003 EVRY Cedex
François Hild
LMT, ENS de Cachan, 61 avenue du Président Wilson,
94235 CACHAN Cedex
Francois.Hild@lmt.ens-cachan.fr
Roland Joannic
DGA, Centre technique
d’Arcueil, 16bis avenue Prieur de la Côte d’Or, 94114 ARCUEIL Cedex
Cécile Lacroix
LMM, Université de Paris 6, 8
rue du Capitaine Scott, 75015 PARIS
Fabienne
Lardillier
ONERA/DMSE/LCME, 29 avenue de la Division Leclerc,
BP72, 92322 CHATILLON Cedex
Jérôme Laurencin
LTPCM, ENSEEG, BP75, 38402 ST. MARTIN D’HERES Cedex
Véronique Lazarus
LMM, Université de Paris 6, 8
rue du Capitaine Scott, 75015 PARIS
Dominique Leguillon
LMM, Université de Paris 6, 8
rue du Capitaine Scott, 75015 PARIS
Jia Li
LERMES,
CLERMONT-FERRAND
Eric
Martin
LCTS,
Domaine Universitaire, 3 allée de la Boétie,33600 PESSAC
Arnaud Munch
ONERA/DMSE/LCME, 29 avenue de la Division Leclerc,
BP72, 92322 CHATILLON Cedex
Yves Ousset
ONERA/DMSE/LCME, 29 avenue de la Division Leclerc,
BP72, 92322 CHATILLON Cedex
Joël Pouget
LMM, Université de Paris 6, 8
rue du Capitaine Scott, 75015 PARIS
Claude Putot
Institut Français du Pétrole, Divison de Mécanique
Appliquée , 92852 RUEIL-MALMAISON
Martine Rousseau
LMM, Université de Paris 6, 8
rue du Capitaine Scott, 75015 PARIS
Jacques Schlosser
CEA-Cadarache, bât.
506, TORESUPRA, 13108 ST. PAUL LEZ DURANCE
Nunziante Valoroso
LMM, Université de Paris 6, 8
rue du Capitaine Scott, 75015 PARIS
Valentina Vlasie
LMM, Université de Paris 6, 8
rue du Capitaine Scott, 75015 PARIS