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Mécanique des fractures : matériaux et essais

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Dans cours

MSE-424: Fracture of materials

This course covers elementary fracture mechanics and its application to the fracture of engineering materials. ...

Description

Cette séance de cours couvre les bases de la mécanique des fractures, y compris la mécanique linéaire des fractures élastiques (LEFM) et la mécanique des fractures élastiques-plastiques (EPFM). Il explore les défis de tester les matériaux ductiles et les élastomères, en introduisant la méthode EWF (Essential Work of Fracture). La séance de cours se penche sur la théorie et la pratique des tests de fracture pour les caoutchoucs et les gels, en discutant de la caractérisation des matériaux ductiles et de la relation entre l'énergie de fracture et la propagation des fissures. Il examine également les contraintes de la géométrie de cisaillement et l'équivalence entre les paramètres de fracture. Les micromécanismes de fracture dans les élastomères sont explorés, soulignant l'importance de la scission de la chaîne et de la dissipation d'énergie.

Enseignant·e·s (4)

Jean-Marie Drezet

1992-1996: travail de thèse au Laboratoire de Métallurgie Physique sous la direction du Prof. Michel Rappaz, http://library.epfl.ch/theses/?display=detail&nr=1509 1997-2000: projet EMPACT (European Modelling Programme for Aluminium Casting Technologies) 2001-2004: projet VIRCAST (European Virtual Casting) 2005-2006: projet Etude du sciage des barres à laminer (Alcan Fonds) 2005-2006: projet WelAIR (Welding of Airframes, EADS) 2005-2008: soudage faisceau d'électrons des Cu-Cr-Zr (CEA, France) 2006-2008: soudage laser des Al-Li (EADS, France) 2008-2011: co-direction avec le Prof. A. Nussbaumer de la thèse de C. Acevedo sur l'influence des contraintes residuelles sur le desgin en fatigue des joints tubulaires soudés, http://library.epfl.ch/theses/?nr=5056 2007-2011: co-direction avec le Prof. J.-F. Molinari de la thèse de K. Shahim sur la dilatation ventriculaire dans l'hydrocéphalie à pression normale (S. Momjian, HU-Genève et R. Sinkus, ESPCI-Paris), http://library.epfl.ch/theses/?nr=5191 2008-2012: co-direction avec le Prof. M. Rappaz de la thèse de M. Sistaninia sur la simulation de la fissuration par modèles granulaires (Projet CCMX-MERU) 2010-2014: direction avec le Prof. M. Rappaz de la thèse de N. Chobaut sur la simulation des contraintes lors de la trempe de pièces épaisses en alliage d'aluminium à durcissement structural (Projet CCMX-MERU) 2011-2015: direction avec le Prof. H. Van Swygenhoven-Moens de la thèse de P. Schloth sur l'étude de la précipitation lors de la trempe de pièces épaisses en alliage d'aluminium à durcissement structural (Projet CCMX-MERU)

John Christopher Plummer

ÉCOLE POLYTECHNIQUE FÉDÉRALE DE LAUSANNE (EPFL), Lausanne, Switzerland 1989- Collaborateur Scientifique/Chargé de Cours (Lecturer) (1998-) Privat Docent (1998) Laboratoire de Technologie des Composites et Polymères (LTC) (2000-) Laboratoire de Polymères (LP) (1998-2000) UNIVERSITY OF MICHIGAN (UMICH), Ann Arbor, MI, USA 1995-1996 Visiting Scientist, Department of Materials Science and Engineering (DMSE) UNIVERSITY OF CAMBRIDGE, Cambridge, UK 1986-1989 Research Assistant, Physics and Chemistry of Solids Group (PCS), Department of Physics UNIVERSITY OF CAMBRIDGE, Cambridge, UK, Department of Materials 1986 PhD, "Flux Pinning in Type-II Superconductors" UNIVERSITY OF CAMBRIDGE, Cambridge, UK, 1982 BA/MA Honours Degree in Natural Sciences Awards Prix R&R Haenny, 2007, DuPont Research Award, 2003, Commendation, British Polymer Group, Reading 1989 RECENT PUBLICATIONS Ramier J, Da Costa N, Plummer CJG, Leterrier Y, Manson JAE, Eckert R, Gaudiana R, Cohesion and adhesion of nanoporous TiO2 coatings on titanium wires for photovoltaic applications, Thin solid films, 516, 1913 (2008). Ramier J, Plummer CJG, Leterrier Y, Manson JAE, Eckert B, Gaudiana R, Mechanical integrity of dye-sensitized photovoltaic fibers, Renewable energy, 33, 314 (2008).

Houphouet-Boigny C, Plummer CJG, Wakeman MD, Manson JAE, Hybrid glass fiber-reinforced thermoplastic nanocomposites, J. Thermoplast. Comp. Mater., 21, 103 (2008).

Ternat C, Ouali L, Sommer H, Fieber W, Velazco MI, Plummer CJG, Kreutzer G, Klok HA, Manson JAE, Herrmann, Investigation of the Release of Bioactive Volatiles from Amphiphilic Multiarm Star-Block Copolymers by Thermogravimetry and Dynamic Headspace Analysis, Macromolecules 41(19), 7079 (2008). Ruggerone, R., Plummer, C.J.G., Negrete Herrera, N., Bourgeat-Lami, E., Månson, J-EA, Mechanical properties of highly filled latex-based polystyrene/laponite nanocomposites, Solid State Phenomena Vol. 151, 30 (2009). Plummer, CJG, Dalle Vacche, S, Houphouët-Boigny, C, Michaud, V, Månson, JAE, Hybrid Glass Mat Reinforced Polypropylene-Montmorillonite Nanocomposites, Solid State Phenomena Vol. 151, 60 (2009). Ruggerone, R., Plummer, C.J.G., Negrete Herrera, N., Bourgeat-Lami, E., Månson, J-EA, Highly filled polystyrenelaponite nanocomposites prepared by emulsion polymerization, European Polm. J. 45, 621 (2009). Ruggerone, R., Plummer, C.J.G., Negrete Herrera, N., Bourgeat-Lami, E., Månson, J-EA, Fracture mechanisms in polystyrene/laponite nanocomposites prepared by emulsion polymerization, Engineering Fracture Mechanics 76, 2846 (2009) Clausen P., Andreoni W., Curioni A., Hughs E., Plummer C.J.G. Adsorption of low-molecular-weight molecules on the surface of a sodium smectite clay: an ab initio study, Journal of Physical Chemistry C 113, 12293 (2009). Clausen P., Andreoni W., Curioni A., Hughs E., Plummer C.J.G., Water adsorption on a sodium smectite clay surface: an ab initio study, Journal of Physical Chemistry C 113, 15218 (2009). Molberg, M, Leterrier, Y., Plummer, C.J.G., Walder, C., Löwe, C., Opris, D.M., Nüesch, F.A., Bauer, S., Månson, J.-A.E., Frequency dependent dielectric and mechanical behaviour of elastomers for actuator applications, J. Appl. Phys. 106, 054112 (2009) Clausen P., Signorelli M., Schreiber A., Hughes E., Plummer CJG, Fessas D., Schiraldi A., Månson E. J.-A., Equilibrium desorption isotherms of water, ethanol, ethyl acetate and toluene on a sodium smectite clay, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry 98, 833 (2009) Micusik, M., Bonnefond, A., Reyes, Y., Bogner, A., Chazeau, L., Plummer, C.J.G., Paulis, M., Leiza, J.R., Morphology of Polymer/Clay Latex Particles Synthesized by Miniemulsion Polymerization: Modeling and Experimental Results Macromol. React. Eng. 2010, 4, 432 (2010). Houphouet-Boigny C., Plummer CJG, Vacche SD, Michaud V, Wakeman MD, Månson E. J.-A., Hybrid Glass Mat-reinforced Polypropylene-Montmorillonite Nanocomposites, J. Comp. Mater. 44, 1975 (2010). Delabarde, C., Plummer C.J.G., Bourban, P.-E., Månson E. J.-A., Solidification behavior of PLLA/nHA nanocomposites, Comp. Sci. & Tech. 70, 1813 (2010). Plummer C.J.G., Ruggerone R., Negrete-Herrera N., Bourgeat-Lami E., Månson J.-A.E., Small Strain Mechanical Properties of Latex-Based Nanocomposite Films, Macromol. Symp. 294, 1 (2010). Dalle Vacche, S., Plummer C.J.G., Houphouet-Boigny C., Månson E. J.-A., Morphology and mechanical properties of isotactic polypropylene glass mat thermoplastic composites modified with organophilic montmorillonite, J Mater Sci 46, 2112 (2011).

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Concepts associés (30)

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.

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.

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.

Ductilité

La ductilité est la capacité d'un matériau à se déformer plastiquement sans se rompre. La rupture se fait lorsqu'un défaut (fissure ou cavité) devient critique et se propage. Un matériau qui présente une grande déformation plastique à rupture est dit ductile, sinon il est dit fragile. C'est une propriété dite « purement géométrique » : elle ne caractérise qu'un allongement à la rupture (sans unité, ou l'allongement en mètre si la longueur pour l'essai de ductilité est normalisée), indépendamment de l'énergie ou de la contrainte nécessaire à cette rupture.

Mécanique des solides déformables

La est la branche de la mécanique des milieux continus qui étudie le comportement mécanique des matériaux solides, en particulier leurs mouvements et leurs déformations sous l'action de forces, de changements de température, de changements de phase ou d'autres actions externes ou internes. Une application typique de la mécanique des solides déformables consiste à déterminer à partir d'un certaine géométrie solide d'origine et des chargements qui lui sont appliqués, si le corps répond à certaines exigences de résistance et de rigidité.

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