Initiation, propagation, arrêt et redémarrage de fissures sous impact

On the initiation, the growth, the arrest and the restart of cracks under impact loading

• Auteur / Autrice : David Grégoire
• Direction : Alain Combescure, Hubert Maigre
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance en 2008
• 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

Matériaux -- Essais dynamiques

Simulation par ordinateur

Photographie scientifique

Méthode des éléments finis

Matériaux -- Fissuration

Mécanique de la rupture

Résumé

Les risques liés à la propagation de fissures sous impact sont encore très difficiles à estimer. La détermination de critères de rupture dynamique uniquement à partir de résultats expérimentaux reste délicate. Ainsi la validation de lois de propagation sous impact passe par le développement d’outils numériques. Si de tels outils numériques permettent maintenant de représenter l’avancée dynamique d’une fissure, des comparaisons expérimentales sont nécessaires pour s’assurer que les lois introduites sont physiquement fondées. Notre objectif est donc de développer conjointement des techniques expérimentales fiables et un outil de simulation numérique robuste pour l’étude de ces phénomènes hautement transitoires. Des expériences de rupture dynamique ont donc été réalisées durant lesquelles des arrêts et redémarrages de fissures se produisent. Le matériau testé étant transparent, la position de la fissure a été acquise de la fissure a été acquise grâce à des caméras rapides mais aussi en utilisant un extensomètre optique d’optique d’obtenir une localisation très précise de la pointe en continu. Afin d’étudier le même dans des matériaux opaques, des techniques de corrélation d’images numériques de corrélation d’images numériques ont été employées. De nouveaux algorithmes ont été développés afin de traiter les images issues d’une caméras issues d’une caméra ultra-rapide (jusqu’à 4000 000 images par seconde). Plusieurs géométries et différents cas de propagation dynamique : initiation en mode I ou en mode mixte, propagation, arrêt, redémarrage, interaction entre deux fissures, influence d’un trou sur le trajet, branchement dynamique. Ces expériences ont ensuite été reproduites numériquement afin de valider les algorithmes et les critères de rupture choisis

The objective is to propose a methodology for assessing dynamic crack propagation laws under mixed-mode loading. Unlike quasi-static cases where the loading and the crack position can be easily established, in dynamic impact cases the loading conditions, the variation of the propagation parameters and the exact position of a crack are difficult to control. Thus, the determination of relevant constitutive crack propagation laws from dynamic crack propagation experiments is a rather challenging operation. Therefore, if one wants to evaluate dynamic crack propagation laws under mixed loading , one must perform numerical simulations and assess the quality of the laws by comparing numerical and experimental results. This process requires that the quality of beth the numerical simulations and the experiments be perfectly controlled. Dynamic crack propagation experiments have been performed and two different techniques for measuring accurate crack tip position histories have been considered: very accurate crack tip localization by optical displacement sens or has been first used for transparent materials; then, an automatic method based on full-field displacement measurement has been developed for crack localization in all brittle materials whatever their opacity. Those experimental techniques have been carried out to study different cases of dynamic propagation: initiation in mode 1 or in mixedmode, crack propagation, crack arrest, crack restart, interaction between two cracks, influence of a hole on the crack path, dynamic branching. Th ose experiments have been then numerically reproduced. A good fit of the experimental and numerical results is observed.