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Patricia KRAWCZAK : Docteur Ingénieur, Enseignant-chercheur au Département Technologie des Polymères et Composites de l’École des Mines de Douai
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Ce deuxième article sur les Essais mécaniques des plastiques présente les modalités :
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des essais de comportement à long terme, tels que fatigue dynamique, fluage, fissuration sous contrainte…, qui génèrent des données nécessaires aux calculs de conception (ingénierie) et à la prévision des durées de vie, informations malheureusement encore trop rarement disponibles dans la littérature technique ;
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des essais de mécanique de la rupture, pour la détermination de grandeurs caractérisant la résistance des matériaux à l’amorçage et à la propagation de fissures et pouvant également être prises en compte dans des calculs de structure. Relativement nouveaux en terme de concepts et de méthodologies, ces essais sont encore peu pratiqués sur polymères mais se développent à un rythme tel que l’on peut espérer voir apparaître les caractéristiques correspondantes dans les catalogues et banques de données des multiples nuances commerciales de polymères industriels dans un proche avenir.
On attirera l’attention sur la particularité de ces essais qui, dans les deux cas, permettent d’accéder à des données utilisables à des fins de conception, de calcul d’ingénierie et de choix de matériaux, contrairement en toute rigueur aux caractéristiques mécaniques instantanées (AM 3510) et thermomécaniques de volume ou de surface (AM 3511). En pratique cependant, si les résultats des essais à long terme sont désormais de plus en plus pris en compte dans les bureaux d’étude industriels, les caractéristiques d’amorçage et de propagation de fissures issues des essais de mécanique de la rupture ne sont encore que rarement considérées, essentiellement dans des domaines industriels issus d’une culture aéronautique.
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2. Détermination de la résistance à la fissuration (ténacité)
À côté des méthodes d’essai traditionnelles sont actuellement développées sur le plan normatif des méthodes moins conventionnelles mais beaucoup plus riches d’informations. Ces essais reposent sur la théorie de la mécanique de la rupture qui prend en compte la présence de défauts (vides, cavités, fissures, inclusions…) contrairement aux calculs habituels de la mécanique des milieux continus (théorie de l’élasticité, résistance des matériaux), et permet ainsi d’analyser les propriétés d’amorçage et de propagation de fissures des matériaux en traction, flexion, choc ou fatigue. Initialement développée pour des matériaux métalliques (cf. ), la théorie de la mécanique de la rupture s’est depuis révélée également adaptée à l’étude des défauts des plastiques et des composites à matrice organique (cf. ).
2.1 Principes de la mécanique de la rupture
L’intérêt de la mécanique de la rupture apparaît lorsque l’on rappelle que la rupture est un mode de défaillance gouverné par la fissuration : pour qu’une rupture se produise, il est nécessaire qu’une fissure soit créée, amorcée, puis finalement propagée. Or, les discontinuités élastiques que sont les fissures ont des origines multiples internes ou externes au matériau, résultant d’une conception impropre, d’une mise en œuvre imparfaitement maîtrisée ou d’une utilisation abusive, et sont toujours présentes au sein d’un matériau. Comprendre, voire éviter, les ruptures en utilisant des critères de conception adéquats revient ainsi à analyser finement les caractéristiques d’amorçage et de propagation de fissure des matériaux ...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - HOUGH (M.C), WRIGHT (D.C.) - Two new test methods for assessing environmental stress cracking of amorphous thermoplastics (Deux nouvelles méthodes de caractérisation de la fissuration sous tension des thermoplastiques amorphes) - Polymer Testing, vol. 15, 1996, p. 407-421, 17 fig., 7 réf. bibl., Elsevier Science.
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(2) - FERRY (J.D.) - Viscoelastic properties of polymers (Propriétés visco-élastiques des polymères), - 3è ed., J. Wiley, 1980, 641 p.
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(3) - Modern Plastics Encyclopedia. - Mac Graw Hill, Editions annuelles.
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(4) - PDL Handbook : The effect of creep and other time related factors on plastics (Effets sur les plastiques du fluage et des autres facteurs dépendant du temps). - Plastics Design Library, Norwich NY, 1991, 528 p.
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(5) - PROT (M.) - L’essai de fatigue sous charge progressive. - Revue de Métallurgie, 45 n 12, déc. 1948, p. 481-489.
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