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1 - MÉCANISMES DE RUPTURE

  • 1.1 - Rupture par clivage
  • 1.2 - Rupture à faciès ductile
  • 1.3 - Rupture intergranulaire
  • 1.4 - Modes de rupture d’une pièce

2 - DÉTERMINATION DE LA TEMPÉRATURE DE TRANSITION DE DUCTILITÉ

3 - ESSAIS SELON LA MÉCANIQUE DE LA RUPTURE

4 - CORRÉLATIONS ENTRE ESSAIS

5 - APPROCHE LOCALE

| Réf : M126 v2

Approche locale
Essais de rupture

Auteur(s) : Dominique FRANÇOIS

Date de publication : 10 juil. 1996

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Auteur(s)

  • Dominique FRANÇOIS : Directeur adjoint du Laboratoire de mécanique, sols, structures, matériaux. - École centrale de Paris. Centre national de la recherche scientifique CNRS-URA 850 .

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INTRODUCTION

Les phénomènes de rupture sont extrêmement coûteux : lorsqu’ils surviennent, si par bonheur ils n’entraînent pas de pertes de vie humaine, en plus du remplacement des équipements détériorés, il convient de compter les heures et les productions perdues, l’image de marque abîmée, les marchés disparus...

Aussi de nombreux essais ont-ils été imaginés pour évaluer la résistance à la rupture des matériaux et certains d’entre eux sont depuis longtemps couramment pratiqués dans l’industrie. Pour en bien apprécier la portée et les limites, il est nécessaire de comprendre les mécanismes de rupture qui interviennent. On mesure alors l’intérêt des essais de choc sur éprouvettes entaillées mis au point notamment par Charpy il y a une centaine d’années. Ils permettent, notamment, de déterminer le risque de rupture fragile des aciers, aux températures inférieures à la température de transition fragile-ductile. Simples à mettre en œuvre et peu coûteux, ils sont extrêmement répandus et conservent une très grande utilité. Néanmoins, ils ne fournissent pas d’indication sur les charges que peuvent supporter les pièces contenant des défauts. C’est la mécanique de la rupture et les essais qui en dérivent qui permettent de le faire. Ils ont connu un grand développement depuis une quarantaine d’années, tout particulièrement dans les industries nucléaires, aéronautiques, spatiales et pétrochimiques. Même s’ils sont plus coûteux et nécessitent l’intervention de spécialistes, ils se répandent. D’ailleurs, on assiste à une rapide évolution de la normalisation dans ce domaine.

Dans cet article, nous n’envisageons que les ruptures brutales, celles qui surviennent au cours du chargement ou en fin de durée de vie lorsque les fissures à croissance lente atteignent une valeur critique. Nous excluons donc les essais destinés à apprécier les risques de rupture différée, par fatigue, par corrosion sous contrainte, par fluage. Ils sont abordés dans d’autres articles spécialisés du traité.

Après une description succincte des mécanismes de rupture brutale, nous expliquons les essais de rupture destinés à apprécier la température de transition fragile-ductile, et dans une seconde partie nous exposerons les principes de la mécanique de la rupture et montrerons comment effectuer les essais qui en découlent.

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VERSIONS

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-m126


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5. Approche locale

5.1 Principe de la méthode

L’approche locale consiste à confronter l’état des contraintes et déformations locales dans une pièce, en particulier à l’extrémité d’une fissure, avec un critère local qui diffère selon le mécanisme de rupture : clivage ou rupture à faciès ductile par amorçage, croissance et coalescence de cavités. Elle permet alors de prévoir la rupture d’une pièce ou le comportement d’une pièce fissurée en s’affranchissant des effets de plus ou moins grand facteur de confinement de la zone plastifiée selon la géométrie. Elle procure aussi un moyen de relier la ténacité aux paramètres microstructuraux comme la taille de grain, la fraction volumique d’inclusions, la taille de celles-ci. L’approche locale demande une confrontation entre expérience et calcul numérique mais elle ne nécessite que des éprouvettes simples de dimensions réduites.

HAUT DE PAGE

5.2 Rupture par clivage

Comme indiqué au paragraphe 1.1 on peut considérer que le critère local de rupture par clivage est constitué par l’égalité entre la contrainte principale maximale et la contrainte de clivage σf . On admet en général que celle-ci est pour un matériau donné indépendante de la température et, pour simplifier, de la vitesse de sollicitation. Elle est à peu près proportionnelle à l’inverse de la racine carrée de la taille de grain. Cette contrainte de clivage est distribuée statistiquement.

Il est important de noter qu’un clivage ne saurait se produire sans déformation plastique préalable.

Comme les ruptures par clivage se produisent brutalement dès qu’un grain se rompt, la distribution statistique des charges de rupture suit bien une loi de Weibull, pour laquelle la probabilité P R de rupture est donnée par :

...

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