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Séance de cours

Mécanique des fractures: croissance des fissures et facteur d'intensité de stress

Dans cours

ME-437: Advanced solid mechanics

Description

Cette séance de cours couvre le concept de croissance de fissure dans les matériaux, où une fissure peut être considérée comme le cas limitant d'un sphéroïde oblate ou d'un ellipsoïde prolate. Il explique comment la croissance des fissures se produit en étendant la fissure de manière infinitésimale, en tenant compte de l'énergie libre totale du matériau. Le facteur d'intensité de contrainte et le taux de libération d'énergie de contrainte sont expliqués, ainsi que le facteur d'intensité de contrainte critique pour le début de la croissance des fissures. La séance de cours explore également la relation entre les conditions de croissance des fissures, les considérations énergétiques et la ténacité du matériau. Divers modèles et concepts liés à la mécanique des fractures, aux champs de contraintes près des pointes de fissure et aux processus dissipatifs sont explorés.

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Mécanique de la rupture

La catastrophe du Vol 587 American Airlines s'explique par la rupture de la dérive de l'appareil.|vignette La mécanique de la rupture tend à définir une propriété du matériau qui peut se traduire par sa résistance à la rupture fragile (fracture) ou ductile. Car si les structures sont calculées pour que les contraintes nominales ne dépassent pas, en règle générale, la limite d'élasticité du matériau et soient donc par voie de conséquence à l'abri de la ruine par rupture de type ductile ; elles ne sont pas systématiquement à l'abri d'une ruine causée par la présence d'une fissure préexistante à la mise en service ou créée en service par fatigue (comme lors de la catastrophe ferroviaire de Meudon) ou par corrosion sous contrainte.

Rupture (matériau)

thumb|Courbe de traction idéale d'un matériau ductile thumb|Courbe de traction typique pour un matériau fragile En science des matériaux, la rupture ou fracture d'un matériau est la séparation, partielle (comme une crique ou une fissure ou une brisure) ou complète, en deux ou plusieurs pièces sous l'action d'une contrainte. Une rupture peut être souhaitée par le concepteur de la pièce comme dans le cas de la conception de dispositifs de sécurité ou au contraire celui-ci cherche à éviter cette rupture en mettant en adéquation la fonction de cette pièce avec les dimensionnements et choix des matériaux utilisés et des procédés de fabrication.

Ténacité

La ténacité est la capacité d'un matériau à résister à la propagation d'une fissure. On peut aussi définir la ténacité comme étant la quantité d'énergie qu'un matériau peut absorber avant de rompre, mais il s'agit d'une définition anglophone. En anglais, on fait la différence entre « toughness », l'énergie de déformation à rupture par unité de volume (, ce qui correspond aussi à des pascals) et « », la ténacité au sens de résistance à la propagation de fissure.

Concentration de contrainte

thumb|La fissure dans le béton a été amorcée par un « effet de pointe » (concentration de contrainte). La concentration de contrainte est un phénomène survenant lorsque la section d'une pièce varie de manière brutale : trou (perçage), rainure, épaulement, gorge, fond de fissure, etc. Une pièce présente des points de fragilité dus à la forme. On constate que l'apparition des fissures, et la rupture, a en général lieu dans des zones présentant des angles vifs rentrants ou bien des perçages.

Corrosion sous contrainte

thumb|upright=1.5|Exemple de fissuration par corrosion sous contrainte causée par la tension exercée par un collier de renforcement soudé de façon inadéquate. Trois facteurs (milieu, matériau et mécanique) sont généralement simultanément en cause. La corrosion sous contrainte (ou CSC) d'un métal ou d'un alliage résulte généralement de l'action conjuguée de trois facteurs : une contrainte mécanique en tension (contrainte résiduelle ou appliquée) ; un milieu environnant agressif ; un matériau sensible au phénomène de CSC, au moins dans certaines conditions.

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Fracture et dureté des matériaux

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Mécanique de la fracture : facteur d'intensité du stress

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Fracture et dureté des matériaux

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