Modélisation avec la méthode X-FEM de la propagation dynamique et de l'arrêt de fissure de clivage dans un acier de cuve REP

Modelling with the X-FEM method of the dynamic cleavage crack propagation and arrest in a PWR steel

• Auteur / Autrice : Benoit Prabel
• Direction : Alain Combescure
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LaMCoS - Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures (Lyon, INSA ; 2007-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dynamique

Plasticité

Éléments finis, Méthode des

Rupture, Mécanique de la

Résumé

Ce mémoire de thèse présente l'étude de la propagation et de l'arrêt d'une fissure de clivage dans un acier de cuve REP. Une bonne compréhension des phénomènes en jeu nécessite de solides données expérimentales, ainsi qu'un outil de modélisation performant. La méthode X-FEM est implantée dans Cast3m, permettant de simuler efficacement la propagation de fissure par éléments finis. Deux techniques concernant l'actualisation des fonctions de niveau, ainsi qu'une intégration non conforme sont proposées. La campagne d'essais de propagation de fissure concerne trois géométries : des éprouvettes CT, et des anneaux comprimés en mode I et mixte. On relève les vitesses de propagation. Des fractographies désignent le clivage comme responsable de la ruine. Un modèle de propagation basé sur la contrainte principale en pointe de fissure est identifié. La contrainte critique de clivage dépend de la vitesse de sollicitation. Ce modèle permet de prédire précisément par la simulation numérique, le comportement de la fissure observé expérimentalement.

This PhD thesis is a study of dynamic cleavage crack propagation and arrest in a PWR steel. It is first recalled that a good understanding of phenomena involved in dynamic fracture mechanics implies good experimental data as well as an efficient numerical tool. The eXtended Finite Element Method is implanted in the french software Cast3M. It enables to simulate crack growth without any re-meshing. Two techniques are proposed: the level set functions update on an auxiliary grid, and the non-conforming partitioning integration to avoid fields projection in plasticity case. Experimental fracture tests are performed on three configurations: CT specimen, ring under compression in both mode I and mixed mode. Crack speed is measured. Fractography assign cleavage as responsible of fracture. A propagation model based on the principal stress evaluated at the crack tip is identified. Critical cleavage stress is found to depend on rate of phenomena. This model permits to predict accurately by numerical simulation, the crack behavior which is observed experimentally.