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

radhi@lpmtm.univ-paris13.fr

 

Pierre Alart

LMGC, Université de Montpellier 2, CC048, 34095 MONTPELLIER Cedex 5

alart@lmgc.univ-montp2.fr

 

Céline Barret

SNECMA-moteurs DMF, 33 LE HAILLAN

Celine_BARRET@snecma.fr

 

Jacques Besson

Centre des Matériaux, Ecole des Mines, BP87, 91003 EVRY Cedex

besson@mat.ensmp.fr

 

Alain Burr

PCSM-ESPCI, 10 rue Vauquelin, 75231 PARIS Cedex 05

Alain.Burr@espci.fr

 

Nicolas Carrère

ONERA/DMSE/LCME, 29 avenue de la Division Leclerc, BP72, 92322 CHATILLON Cedex

carrere@onera.fr

 

Michaël Caliez

ONERA/DMSE/LCME, 29 avenue de la Division Leclerc, BP72, 92322 CHATILLON Cedex

caliez@onera.fr

 

Jean Louis Chaboche

ONERA/DMSE/LCME, 29 avenue de la Division Leclerc, BP72, 92322 CHATILLON Cedex

Jean-Louis.Chaboche@onera.fr

 

Laurent Champaney

Université de Versailles, 45 avenue des Etast Unis, 78035                 VERSAILLES Cedex

 champaney@meca.uvsq.fr

 

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

Peter.Davies@ifremer.fr

 

Sylvio De Barros

CMMC, Université de Versailles, 45 avenue des Etast Unis, 78035

mulungo@zipmail.com.br

 

Rodrigue Desmorat

LM2S, Université de Paris 6, 8 rue du Capitaine Scott, 75015 PARIS

desmorat@ccr.jussieu.fr

 

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

olivier.dezellus@cea.fr

 

Michel Dupeux

LTPCM, ENSEEG, BP75, 38402 ST. MARTIN D’HERES Cedex

michel.dupeux@ltpcm.inpg.fr

 

Samuel Forest

Centre des Matériaux, Ecole des Mines, BP87, 91003 EVRY Cedex

Samuel.FOREST@mat.ensmp.fr

 

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

rjoannic@etca.fr

 

Cécile Lacroix

LMM, Université de Paris 6, 8 rue du Capitaine Scott, 75015 PARIS

lacroix@lmm.jussieu.fr

 

Fabienne Lardillier

ONERA/DMSE/LCME, 29 avenue de la Division Leclerc, BP72, 92322 CHATILLON Cedex

lardillier@onera.fr

 

Jérôme Laurencin

LTPCM, ENSEEG, BP75, 38402 ST. MARTIN D’HERES Cedex

jlauren@ltpcm.inpg.fr

 

Véronique Lazarus

LMM, Université de Paris 6, 8 rue du Capitaine Scott, 75015 PARIS

vlazarus@ccr.jussieu.fr

 

Dominique Leguillon

LMM, Université de Paris 6, 8 rue du Capitaine Scott, 75015 PARIS

dol@ccr.jussieu.fr

 

Jia Li

LERMES, CLERMONT-FERRAND

lijia@meniut-pb-clermont.fr

 

Eric Martin

LCTS, Domaine Universitaire, 3 allée de la Boétie,33600 PESSAC

martin@lcts.u-bordeaux.fr

 

Arnaud Munch

ONERA/DMSE/LCME, 29 avenue de la Division Leclerc, BP72, 92322 CHATILLON Cedex

Arnaud.Munch@onera.fr

 

Yves Ousset

ONERA/DMSE/LCME, 29 avenue de la Division Leclerc, BP72, 92322 CHATILLON Cedex

Yves.Ousset@onera.fr

 

Joël Pouget

LMM, Université de Paris 6, 8 rue du Capitaine Scott, 75015 PARIS

jop@ccr.jussieu.fr

 

Claude Putot

Institut Français du Pétrole, Divison de Mécanique Appliquée , 92852 RUEIL-MALMAISON

Claude.PUTOT@ifp.fr

 

Martine Rousseau

LMM, Université de Paris 6, 8 rue du Capitaine Scott, 75015 PARIS

mrousse@ccr.jussieu.fr

 

Jacques Schlosser

CEA-Cadarache, bât. 506,                TORESUPRA, 13108 ST. PAUL LEZ DURANCE

schlosser@cea.fr

 

Nunziante Valoroso

LMM, Université de Paris 6, 8 rue du Capitaine Scott, 75015 PARIS

valoroso@unita.it

 

Valentina Vlasie

LMM, Université de Paris 6, 8 rue du Capitaine Scott, 75015 PARIS

vlasie@lmm.jussieu.fr