9h30-10h : D

Groupe de travail Mécamat « Interfaces dans les milieux solides »

Compte rendu de la journée Mécamat/CSMA

Rupture dynamique vs. rupture incrémentale

et endommagement dans les composites

Mardi 12 décembre 2000

Laboratoire de Modélisation en Mécanique – CNRS UMR 7607

Université Pierre et Marie Curie, 8 rue du Capitaine Scott, 75015 PARIS

Salle 931-933, 9^ème étage.

D. Rittel (Technion-Haifa et ENSMP, Evry) Rupture dynamique expérimentale, couplage thermomécanique, application aux interfaces.

Au cours de son exposé, D. Rittel a décrit différents essais de fissuration dynamique dans des matériaux fragiles et ductiles et les moyens de mesure et d’observation associés (optique, mesures de température, …). L’échauffement peut être notable autour de la pointe et induire un décalage de la courbe de transition fragile-ductile. Abordant ensuite un modèle simple d’interface (sollicitation en cisaillement), il a expliqué que la vitesse de croissance d’une fissure en mode 1 est limitée à une fraction de la vitesse des ondes de Rayleigh et reste faible. En revanche, sollicitées en cisaillement, la vitesse des fissures peut atteindre des valeurs très élevées (ondes de cisaillement).

Y. Monerie, M. Raous (LMA, Marseille) Simulations dynamiques tridimensionnelles de l'interaction fissure/interface pour un composite SiC/SiC.

Y. Monnerie (actuellement au CEA-Cadarache) a développé durant sa thèse (LMA, Marseille) des algorithmes incluant contact, frottement et modèle cohésif de Tvergaard-Needleman pour étudier les interactions d’une fissure issue de la matrice et débouchant sur une fibre. Exploitant ce modèle, il a montré des calculs tridimensionnels illustrant l’interaction d’une fissure matricielle avec un réseau de fibres. Ces calculs ont permis de définir une ténacité optimale de l’interface améliorant la ductilité apparente du matériau.

O. Allix (LMT, Cachan) Modèle d’endommagement et effets retard pour la prévision de la rupture dynamique par localisation dans les composites stratifiés.

O. Allix a développé un modèle d’endommagement pour les composites en incluant un effet retard dans la propagation de l’endommagement. Le modèle suppose l’existence d’une vitesse limite de propagation. La justification physique repose sur des expériences d’impacts de plaques effectuées par Mc Clintock qui montrent qu’une très forte sollicitation sur un temps très court est peu endommageante pour certains matériaux. Il s’est évidemment heurté à la nécessité de définir une « longueur caractéristique » qui se trouve liée à la vitesse limite définie ci-dessus.

J.L. Chaboche, F. Feyel (ONERA, Châtillon) Modèles de zones cohésives (CZM) : propriétés/difficultés numériques et application à la "mécanique dynamique de la rupture".

J.-L. Chaboche a exposé des travaux basés sur le modèle cohésif de « Tvergaard-Needleman » rebaptisé « Cocu, Cangémi, Raous, Monerie » et effectués en collaboration avec Y. Monnerie. Il a examiné les effets des différentes procédures de régularisation (régularisation visqueuse, raffinement de maillages, …) comparées à des calculs dynamiques complets. Il a illustré les conclusions de son étude sur des observations de l’essai de pull-out (test de la goutte).

F. Hild (LMT, Cachan) Approches discrète et continue de la fragmentation dynamique de matériaux fragiles.

Une seule fissure est observée après un impact à faible vitesse, alors qu’à haute vitesse on assiste à une fragmentation du matériau consécutif à une fissuration multiple. Le modèle proposé par F. Hild repose sur la nucléation de défauts et les effets d’occultation (écrans) provoqués par le développement des fissures. A faible vitesse, un modèle discret (Weibull, maillon le plus faible) rend bien compte des phénomènes observés. A forte vitesse, un modèle d’endommagement continu est utilisé dans lequel la variable d’endommagement est liée à la probabilité d’occultation d’un défaut. A vitesse intermédiaire, il existe un passage du discret au continu que F. Hild explore actuellement.

H. Maigre (LMS-X, Palaiseau) Modèle 1D de propagation dynamique et simulation numérique.

H. Maigre a présenté des travaux sur la fissuration dynamique avec des essais DCB et une modélisation analytique 1D basée sur la juxtaposition de poutres. Des relations de « choc » sont exploitées à la discontinuité séparant les parties ouverte et fermée de l’éprouvette. Elles permettent de définir et de comparer 3 types de critère : ouverture, décohésion, énergie. Le modèle permet en outre de modéliser (au moins qualitativement) les phases d’arrêt apparaissant dans certaines expériences.

J.J. Marigo (LPMTM, Villetaneuse) Comparaison des théories de Griffith et de Barenblatt (revisitées) en rupture fragile.

J.-J. Marigo a présenté des compléments au modèle dit de « Francfort-Marigo » (parmi tous les chemins de fissuration possible, le chemin solution minimise l’énergie totale du solide) pour répondre à certaines lacunes de celui-ci. La notion de minimum local substituée à celle de minimum global ne permet pas de répondre aux questions. Il introduit donc un potentiel supplémentaire dans l’énergie qui revient à exploiter en parallèle le modèle cohésif de Barenblatt et à prendre en compte la contrainte à rupture du matériau.

B. Giorgini (Univ. de Bologne et ESPCI, Paris) Etude du stick-slip dans le pelage d'un ruban adhésif.

Bruno Giorgini a étudié expérimentalement d’abord le mécanisme de stick-slip (décollement saccadé) à partir d’essais de déroulement de rouleaux de scotch ! Les modèles théoriques qu’il a essayé de mettre en œuvre ensuite font appel aux équations mathématiques du chaos. En effet, seuls les systèmes dynamiques permettent actuellement d’expliquer certains phénomènes observés (doublement des périodes, …).

E. Martin (LCTS, Bordeaux) Interaction fissure/interface, un exemple de mise en oeuvre de la rupture incrémentale.

E. Martin applique la mécanique de la rupture incrémentale au problème de déviation d’une fissure matricielle par une interface dans un composite de type SiC/SiC. Un bilan d’énergie sur un incrément fini (mais non infinitésimal) de fissure en déviation et en pénétration, incluant la production d’énergie cinétique, permet d’effectuer des comparaisons entre les deux directions possibles de propagation. Le critère de dissipation maximale (comme J.-J. Marigo) conduit à définir un critère de déviation sans qu’aucune longueur arbitraire ne soit introduite.

Compte rendu rédigé par Maxime Sauzay

Liste des participants