Bibliographie & annexes
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NOTE DE L'ÉDITEUR
Les normes ISO 179-2 de décembre 1997, ISO 179-2/AC1 de novembre 1998 et ISO 179-2/A1 de juin 2011 citées dans cet article ont été remplacées par la norme ISO 179-2 : Plastiques - Détermination des caractéristiques au choc Charpy - Partie 2: Essai de choc instrumenté (Révision 2020)
Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN2005 (Juin 2020).
RÉSUMÉ
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.
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The Charpy impact test, proposed more than a century ago, has been the subject of renewed interest due to experimental developments and significant advances in the field of numerical modeling of behavior, damage and the fracture of materials. Currently, numerical modeling can adequately describe the elasto-viscoplastic behavior of materials, ductile tearing and brittle fracture according to the local approach to fracture.
Auteur(s)
-
Clotilde BERDIN : Maître de Conférences, École Centrale Paris
-
Claude PRIOUL : Professeur à l’Université Paris 13 (IUT de Saint Denis)
INTRODUCTION
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.
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Prévision de la ténacité à partir de la résilience
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3. Modélisation numérique des essais
La détermination du niveau d’endommagement local d’une structure nécessite de connaître les variables mécaniques de la loi d’endommagement.
Les problèmes mécaniques étant, en général, non solubles analytiquement, on utilise une méthode numérique, par exemple la méthode des éléments finis.
On présente ici une modélisation par éléments finis de l’essai de ténacité sur éprouvette CT (« Compact Tension »), assez classique, et la modélisation de l’essai de résilience en développant les aspects liés à la dynamique de l’essai, mais aussi aux contacts.
3.1 Aspects généraux
Les calculs présentés sont, sauf mention contraire, des calculs par éléments finis réalisés :
-
avec des lois de comportement élasto-plastiques ou élasto- viscoplastiques ;
-
en transformations finies ;
-
en statique ou quasi-statique (sans prise en compte des effets d’inertie) ;
-
en dynamique transitoire avec résolution implicite des équations du mouvement ;
-
par un contact modélisé avec une loi de Coulomb classique sans limite supérieure, avec un coefficient de frottement variant entre 0 et 0,2 ;
-
avec des calculs isothermes ou prenant en compte l’échauffement dû à la dissipation plastique ;
-
dans ce dernier cas, le comportement plastique dépend de la température et le calcul est réalisé sous l’hypothèse adiabatique ; l’élévation de température est calculée par :
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( 4 )
avec :
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- proportion...
( 4 )
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Modélisation numérique des essais
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - FRANCOIS (D.), PINEAU (A.) - From Charpy to present impact testing. - ESIS Pub. 30, Elsevier, 483 p. (2002).
-
(2) - BESSON (J.) - Local approach to fracture. - Les presses de l’École des Mines de Paris, 428 p. (2004).
-
(3) - BERDIN (C.), HAUSILD (P.) - Damage mechanisms and local approach to fracture, part. I, Ductile fracture. - In Transferability of fracture mechanical characteristics, eds DlouhΔ I., Kluwer academic publishers, 167-180 (2002).
-
(4) - HAUSILD (P.), BERDIN (C.) - Damage mechanisms and local approach to fracture, part. II, Brittle fracture prediction in the ductile-to-brittle transition. - In Transferability of fracture mechanical characteristics, eds DlouhΔ I., Kluwer academic publishers, 181-192 (2002).
-
(5) - BEREMIN (F.M.) - A local criterion for cleavage fracture. - Metallurgical Transactions, 14A, 2277-2287 (1983).
-
(6) - TANGUY (B.), BESSON...
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