Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Cet article donne une vision générale de la mécanique de la rupture à travers les définitions et les concepts de base permettant de mettre en oeuvre des analyses de nocivité des défauts et leur propagation sous l'effet d'un chargement thermomécanique, pour des structures et assemblages. Il livre également des informations concernant les problématiques industrielles et les règlementations de certification, en particulier dans le domaine aéronautique, qui ont poussé les ingénieurs à intégrer de plus en plus la mécanique de la rupture dans les cycles de conception.
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This article gives an overview of the fracture mechanics through definitions and basic concepts to implement life analyzes, based on the existence of a defect ? assumed as a crack - and its propagation under the influence of thermomechanical loading, for structures and assemblies. It is also accompanied by informations regarding industry issues and certification regulations, especially in the field of aviation, which led engineers to integrate increasingly fracturemMechanics in its design cycles.
Auteur(s)
-
Juan-Antonio RUIZ-SABARIEGO : ENS Cachan, Agrégé de mécanique - Docteur Mécanique et Matériaux - Chef d'unité « Méthodes mécanique avancée », Département « Méthodologies et outils du développement » - Safran – Snecma , site de Villaroche
INTRODUCTION
Depuis le début de l'ère industrielle et jusqu'à la fin de la première moitié du XXe siècle, les ingénieurs ont été confrontés à des phénomènes de rupture inexpliqués impliquant directement la sécurité des personnes. Explosions de chaudières, d'appareils à gaz, ruptures brutales de part en part de liberty-ships durant la Seconde Guerre mondiale, explosions en vol des premiers avions commerciaux Comet équipés de turboréacteurs dans les années 1950. Ces cas peuvent être considérés comme fondateurs de la mécanique de la rupture dont la théorie, basée sur la présence de fissures, a été élaborée dans la première moitié du XXe siècle et les premières applications dans l'industrie à partir des années 1960. Depuis, la mécanique de la rupture est en plein essor et l'évolution de l'informatique, ouvrant la voie à des méthodes numériques permettant de modéliser au plus près les fissures de formes complexes avec des temps de simulations compatibles avec les cycles de conception industriels, n'a fait que renforcer son application.
Dans cet article, nous rappellerons les principes importants à connaître dès lors que l'on traite de mécanique de la rupture, puis nous présenterons les concepts de la mécanique linéaire de la rupture qui permet à l'ingénieur de traiter la propagation des défauts via le concept de facteur d'intensité des contraintes et les lois décrivant les cinétiques de fissuration. Enfin, un focus sera donné portant sur une application industrielle dans l'aéronautique, à travers des informations sur les aspects règlementaires ou encore via la mise en œuvre d'une étude de fissuration en fatigue pour une pièce de turbomachine.
L'expertise technique et scientifique de référence
MOTS-CLÉS
défauts fissuration énergie nucléaire aéronautique transports
KEYWORDS
defects | cracking | energy | nuclear | aeronautics | transports
DOI (Digital Object Identifier)
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Présentation
Mécanique linéaire de la rupture et facteurs d'intensité des contraintes
En anglais
1. Principes importants de la mécanique de la rupture
1.1 Contexte
La mécanique de la rupture est une étude qui met en jeu les paramètres habituels de la mécanique à partir d'une discontinuité existante : fissure ou défaut. Elle permet dans certains cas de prévoir, en fonction des dimensions d'une fissure et de l'état de chargement, la vitesse de propagation de la fissure et la dimension à partir de laquelle cette fissure peut entraîner une rupture brutale. Cette dimension, appelée couramment taille critique du défaut caractérise la nocivité du défaut, c'est-à-dire la dimension de la fissure à partir de laquelle la structure mécanique n'est plus apte à l'emploi du fait de la perte de performance engendrée.
Dans ce contexte, il est légitime de se poser la question suivante : pourquoi des accidents ont-ils néanmoins lieu (bien que rares) ? Il existe plusieurs éléments de réponse. La première raison est bien entendu que les industriels ne connaissent parfaitement bien leurs pièces qu'après avoir accumulé de l'expérience sur celles-ci, notamment afin de garantir qu'à l'issue du cycle de fabrication, les pièces sont exemptes de fissures détectables. Une autre raison est qu'il existe des causes de ruptures difficilement évitables (souvent liées à l'environnement : agressions chimiques ou biologiques, rayures ou usures, impacts...). L'initiation de fissures par fatigue est un phénomène, lui, bien maîtrisable et un risque qui survient assez tard dans la vie de la pièce. Cependant, l'erreur humaine reste possible, bien que rare, et une erreur de dimensionnement peut être une cause de rupture de pièces. Sur ce point, il est donc nécessaire de tout engager pour éviter une erreur de dimensionnement.
Phénoménologiquement, le risque de rupture peut schématiquement être représenté comme indiqué sur la figure 1.
HAUT DE PAGE1.2 Exemples de causes classifiées de rupture
-
Problèmes de jeunesse
-
action de réduction de coût hasardeuse ;
-
nouvelle technologie sur laquelle on accumule une expérience insuffisante ;
-
choix d'un lubrifiant inadapté dans un contact ;
-
niveau de chargement vibratoire excessif et mal connu en conditions de vol ;
-
erreur...
-
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Principes importants de la mécanique de la rupture
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - GRIFFITH (A.A.) - The theory of rupture. - Proceedings of the First International Congress of Applied Mechanics, Delpht, 63, p. 55 (1924).
-
(2) - WESTERGAARD (H.M) - Bearing pressures and cracks. - Journal of applied mechanics, p. 49, juin 1939.
-
(3) - MURAKAMI (Y.) - Stress intensity factors handbook. - Pergamon Press (1987).
-
(4) - BUI (H.D.) - Mécanique de la rupture fragile. - Éditions Masson (1978).
-
(5) - ELBER (W.) - The significance of fatigue crack closure. - – ASTM STP 486, p. 230-242 (1971).
-
(6) - RICE (J.) - A path independent integral and the approximate analysis of strain concentrations by notches and cracks. - Journal of Applied Mechanics, vol. 35, p. 379-386 (1968).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
MorfeoCrack (Cenaero)/plugin for Samcef (LMS-Samtech) http://www.cenaero.be/
DARWIN™ http://www.darwin.swri.org
ESACRACK http://www.esacrack.com
HAUT DE PAGE
International Conference on Fracture and Damage Mechanics
International Conference on Fatigue Damage of Structural Materials (Hyannis, États-Unis)
HAUT DE PAGE
AC 33.14-1 - Certification procedures for products and parts advisory circular – Damage tolerance for high energy turbine engine rotors US department of transportation – Federal aviation administration http://www.faa.gov/regulations_policies/advisory_cirulars/index.cfm/go/document.information/documentID/22920...
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