Relation résilience – ténacité - Apports de la modélisation numérique

L’essai Charpy, proposé il y a plus d’un siècle, fait l’objet d’un regain d’intérêt du fait des développements expérimentaux et des progrès considérables effectués dans le domaine de la modélisation numérique du comportement, de l’endommagement et de la rupture des matériaux.

La modélisation numérique permet actuellement de décrire convenablement le comportement élasto-viscoplastique des matériaux, la déchirure ductile et la rupture fragile dans le cadre de l’approche locale de la rupture.

Un congrès, à l’occasion du centenaire de l’essai Charpy, a fait le point sur les développements de ses aspects expérimentaux et sur sa modélisation utilisée pour déterminer la transition ductile-fragile de différents matériaux. On souhaite, en général, en tirer des caractéristiques qui permettent le dimensionnement de structure et, en particulier, la résistance à la propagation de fissure, la ténacité.

Ce dossier présente quelques aspects de la modélisation numérique de l’essai Charpy et son utilisation pour prévoir la « ténacité » dans le cadre de l’approche locale de la rupture.

Pour modéliser l’essai Charpy, l’étude de l’influence des conditions suivantes est nécessaire :

• caractérisation des champs mécaniques et développement de la plasticité ;

• effets d’inertie ;

• raideur de la machine d’essai ;

• conditions de contact ;

• prise en compte de l’élévation de température due à la déformation plastique et au chargement rapide ;

• simulation bi ou tri-dimensionnelle ;

• effet de la déchirure ductile.

On présente ensuite l’application de l’approche locale de la rupture pour prévoir la « ténacité » dans la transition ductile-fragile. On s’intéresse donc aux matériaux présentant de la rupture fragile et ductile, ainsi qu’une transition dans un domaine de température défini.

Les applications traitent du cas des métaux mais la démarche est générale. Dans un premier temps, il est nécessaire de déterminer précisément les variables mécaniques entrant dans le modèle de prévision de la rupture fragile. Ainsi, on présente d’abord la modélisation de l’essai de ténacité et de l’essai Charpy dans le bas de la transition ductile-fragile. On s’intéresse ensuite à l’influence de la déchirure ductile sur le déclenchement du clivage dans le domaine de la transition.